國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心光電部 李玉林

電阻式濕度傳感器技術(shù)及相關(guān)專利分析

國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心光電部 李玉林

電阻式濕度傳感器利用濕敏材料的電阻值隨濕度的變化而變化的原理進(jìn)行濕度測量，氯化鋰、陶瓷以及碳膜為常用的濕敏材料，隨著技術(shù)的發(fā)展，高分子材料和碳納米管也被用作濕敏材料。本文介紹了電阻式濕度傳感器的工作原理、技術(shù)發(fā)展以及專利申請情況。

電阻；濕度傳感器；濕敏；專利

一、電阻式濕度傳感器技術(shù)

1.氯化鋰電阻式濕度傳感器

氯化鋰屬于離子型電解質(zhì)鹽，極易吸濕和脫濕，在吸濕和脫濕過程中，包含氯化鋰的濕敏材料的電阻值發(fā)生變化，通過電阻值的變化能夠測量空氣的相對濕度[1-2]。

在專利申請方面，GB867811A公開了一種電阻式濕度傳感器，其中，在絕緣材料平板上設(shè)置柵格，在柵格上覆蓋氯化鋰層。US2962897A公開了一種電阻式濕度傳感器，其中在兩個電極之間設(shè)置一個由絕緣材料制成的棒，在棒和絕緣板之間形成楔形空間，氯化鋰填充在楔形空間形成濕敏元件。

2.陶瓷電阻式濕度傳感器

將金屬氧化物通過高溫?zé)Y(jié)制成多孔陶瓷，多孔陶瓷容易吸收空氣中的水蒸汽，之后電阻值會發(fā)生相應(yīng)的改變，但多孔陶瓷容易被空氣中的灰塵和油煙污染，因此需要對多孔陶瓷定期加熱清洗[3-4]。

在專利申請方面，CN101800002A公開了一種陶瓷式濕度傳感器感濕特性演示儀，其中能演示用不同材料制造的陶瓷式濕度傳感器的感濕特性，即陶瓷式濕度傳感器的電阻和環(huán)境濕度的變化關(guān)系。CN103698358A公開了一種多孔陶瓷氧化鋁型濕度傳感器，其中利用暫態(tài)自反饋微弧氧化技術(shù)在高純鋁薄片上制備一層穩(wěn)定的多孔α-Al2O3陶瓷膜作為感濕介質(zhì)層，從而使Al2O3濕度傳感器改善或克服了長期漂移、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的問題。CN2168250Y公開了一種陶瓷濕度傳感器，其中采用螺栓電極，使陶瓷傳感器在高溫工況下仍具有阻抗低、長期穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

3.碳膜電阻式濕度傳感器

利用含碳粉的有機(jī)膠狀纖維素制成濕敏膜，濕敏膜吸水體積膨脹，碳顆粒的間距增大，電阻值增大；濕敏膜脫水體積縮小，碳顆粒的間距減小，電阻值減小[1-2]。

在專利申請方面，CN102279212A公開了一種可測定低濕環(huán)境濕度的電阻式濕敏元件，其中以陶瓷為基片，其上有多對叉指金電極，在陶瓷基片和叉指金電極表面涂敷有濕敏薄膜，濕敏薄膜為交聯(lián)的正丁基溴化銨和石墨烯復(fù)合濕敏材料。CN103149246 A公開了一種基于納米材料薄膜的濕度傳感器，石墨烯基濕敏薄膜是由靜電誘導(dǎo)自組裝聚電解質(zhì)先導(dǎo)層和溶劑蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝石墨烯薄膜構(gòu)成的多層網(wǎng)絡(luò)狀薄膜，制備在柔性聚合物襯底和梳狀叉指電極表面構(gòu)成濕敏薄膜傳感元件。

4.高分子電阻式濕度傳感器

利用高分子材料制成濕敏膜，濕敏膜吸水后，離子相互作用減弱且解離的離子增多，電阻值減?。粷衩裟っ撍?，離子產(chǎn)生少，電阻值增大[3-5]。

在專利申請方面，CN102507664A公開了一種導(dǎo)電高分子復(fù)合納米纖維電阻式濕度傳感器，其中濕敏納米纖維薄膜為聚苯乙烯磺酸摻雜的聚苯胺、聚氧化乙烯和聚乙烯醇縮丁醛的復(fù)合物；CN101545883 A公開了一種核殼結(jié)構(gòu)微納材料濕度傳感器及其制備方法，其中以高分子聚合物將金屬納米顆粒整體包覆后形成一種核殼結(jié)構(gòu)的微納材料均勻涂覆于硅片表面，然后做上電極進(jìn)行封裝，制得核殼結(jié)構(gòu)的微納材料濕度傳感器。CN1793880 A公開了一種濕度傳感器濕敏元件感濕膜的制備方法，其中采用電子束引發(fā)預(yù)輻射接枝法制備高分子接枝聚乙烯膜感濕膜。

5.電阻式碳納米管濕度傳感器

利用碳納米管或包含碳納米管的混合物制成濕敏膜，濕敏膜吸水或脫水時，電阻值發(fā)生變化[6]。

在專利申請方面，CN102495106 A公開了一種濕度傳感器，其中濕敏材料以多壁碳納米管和液態(tài)有機(jī)硅為原料，從而兼有良好濕度傳感功能和柔韌性。CN103323498 A公開了一種濕度傳感器，濕敏材料為石墨烯碳納米管復(fù)合材料，石墨烯碳納米管復(fù)合材料通過化學(xué)氣相沉積法直接沉積于襯底上。CN103149245 A公開了一種基于納米材料薄膜的濕度傳感器，采用靜電自組裝方法在柔性聚合物襯底和梳狀叉指電極表面構(gòu)筑聚電解質(zhì)碳納米管復(fù)合薄膜作為濕敏傳感元件。

二、電阻式濕度傳感器的專利申請狀況分析

在DWPI數(shù)據(jù)庫中，以IPC分類號G01N27/04和關(guān)鍵詞moisture，humidity進(jìn)行檢索，總共命中1196篇。電阻式濕度傳感器的全球申請量整體呈上升趨勢。申請人主要包括高校和公司，高校主要側(cè)重于濕敏材料的研發(fā)，公司不僅側(cè)重濕敏材料的研發(fā)，同時也側(cè)重于傳感器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)集成化和小型化。

[1]劉傳璽.傳感與檢測技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[2]孫運(yùn)旺.傳感器技術(shù)與應(yīng)用[M].浙江大學(xué)出版社,2006.

[3]佘勇.聚電解質(zhì)電阻式濕敏材料及薄膜濕度傳感器[D].中國優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(碩士)信息科技輯,2003(2).

[4]王蕊.基于幾種介孔結(jié)構(gòu)材料的電阻式濕度傳感器的性能研究[D].中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫:信息科技輯,2010(8).

[5]劉若望.高分子電阻式薄膜濕度傳感器——元件構(gòu)造、老化機(jī)理、感濕機(jī)理探討[D].中國優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(碩士)信息科技輯,2002(2).

[6]趙振剛.碳納米管濕度傳感器敏感特性研究[D].中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫:信息科技輯,2013(1).

李玉林（1979—），吉林吉林人，碩士研究生，現(xiàn)供職于國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心，助理研究員，研究方向：光電技術(shù)。