碳納米管濕度傳感器敏感特性研究.pdf

1、濕度傳感器作為濕度信息的采集單元,已經(jīng)在環(huán)境監(jiān)測、倉庫存儲、工業(yè)生產(chǎn)、氣象等方面得到廣泛應(yīng)用,成為當前最具實用性的傳感器之一。由于碳納米管具有比表面積大、吸附能力強、電學(xué)特性優(yōu)異等特點,近年來一直受到濕度傳感器研究領(lǐng)域的關(guān)注。由碳納米管制作的濕度傳感器具有響應(yīng)速度快,靈敏度高等優(yōu)點,具有良好的發(fā)展前景。
　　本文首先針對目前直流電壓測試條件下的電阻型碳納米管濕度傳感器穩(wěn)定性相對較差的問題,提出采用交流信號對傳感器進行檢測,并探討傳

2、感器工作原理與介質(zhì)介電弛豫效應(yīng)對傳感器電容與電阻的作用機制。根據(jù)上述分析結(jié)果,開展應(yīng)用介電弛豫原理的新型檢測方法研究,提出一種基于交流信號檢測的電阻型碳納米管濕度傳感器。同時,通過對介電弛豫基本模型的研究,在原有碳納米管濕度傳感器模型中引入了介電損耗產(chǎn)生的電導(dǎo),從而對傳感器原有模型進行補充與完善。
　　為驗證上述基于交流信號檢測的電阻型碳納米管濕度傳感器的工作原理的正確性,制作了一種叉指電極式碳納米管濕度傳感器。分別對該傳感器電阻

3、與電容的頻率特性進行實驗研究,發(fā)現(xiàn)隨測試頻率升高,敏感薄膜內(nèi)部毛細凝聚產(chǎn)生的液態(tài)水的極化率將降低,使傳感器電容隨濕度的變化量下降。該實驗結(jié)果與傳感器電容頻率特性理論分析結(jié)果具有相同的規(guī)律性。同時,當環(huán)境濕度發(fā)生變化,傳感器電導(dǎo)的變化量隨頻率升高而增加,此時傳感器對環(huán)境濕度的敏感以介電弛豫效應(yīng)為主,實現(xiàn)了對所提出的基于交流信號檢測的電阻型碳納米管濕度傳感器的實驗驗證。
　　同時,對基于交流信號檢測的電阻型碳納米管濕度傳感器模型與傳感

4、器實驗數(shù)據(jù)進行擬合,發(fā)現(xiàn)兩者擬合良好,從而驗證了對基于交流信號檢測的電阻型碳納米管濕度傳感器所建立模型的正確性。
　　最后,本文對所提出的基于交流信號檢測的電阻型碳納米管濕度傳感器性能進行測試與分析。針對目前電阻型碳納米管濕度傳感器普遍存在穩(wěn)定性較差,電阻波動較大的缺點,重點分析了傳感器的穩(wěn)定性,提出利用提高測試頻率來提高傳感器穩(wěn)定性的方法。根據(jù)實驗結(jié)果,測試頻率200kHz時傳感器電阻隨時間波動的相對變化量為500Hz時的1/4