【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種基于氫鍵有機框架材料的濕度傳感器及制備方法，屬于濕度傳感器領域。
技術介紹
1、具有高度可調性，可設計性與可修飾性，極高的比表面積和孔隙體積，良好的選擇性的“框架”類材料是制作濕度傳感器的理想材料之一。“框架”類材料主要有：金屬有機框架(mofs)、共價有機框架(cofs)、氫鍵有機框架(hofs)等。這類多孔晶體材料，由于能控制孔的結構并且比表面積大，常用于吸附分離氣體、催化劑、磁性材料、光學材料等。cofs和mofs也有在濕度傳感領域的相關研究和應用，然而作為有機分子通過鍵能較弱的氫鍵自組裝合成的hofs在濕度傳感領域的應用卻被忽略，目前hofs在濕度傳感領域的相關應用非常少見，主要是由于單一hofs存在以下問題：1、hofs中的氫鍵相對較弱，可能在一定濕度條件下容易受到破壞或發生結構變化，導致材料的性能不穩定。2、hofs可能由于其結構和性質的特點，對濕度變化的響應速度不夠快，或者響應程度不夠明顯。3、氫鍵有機框架材料可能在加工和制備過程中存在一些困難，例如難以形成均勻的薄膜或結構，或者制備過程復雜。
2、濕敏電壓材料是在襯底基片上覆蓋一層濕度敏感材料，當水汽吸附在濕度敏感材料上時，電極通過濕度敏感材料導通的電勢差會發生相應的變化，從而達到測量濕度的目的。hofs材料濕度傳感器就是基于材料吸附水分子改變離子電導率從而使兩電極間電勢發生變化的這一特性。現有利用其他材料制作的濕度傳感器的響應恢復時間、開關比和高濕穩定性得不到有效保證，特別是在高濕環境（如濕度大于70％rh，尤其是濕度大于90％rh
技術實現思路
1、針對上述現有技術存在的問題，本專利技術提供一種基于氫鍵有機框架材料的濕度傳感器及制備方法。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用的一種基于氫鍵有機框架材料的濕度傳感器的制備方法，包括以下步驟：
3、（1）將hofs原材料超聲溶解在溶劑中，再加入去離子水，攪拌，離心，得到hofs溶液；
4、（2）向步驟（1）的hofs溶液中，加入金屬陽離子溶液和粘連劑溶液，得到hofs復合溶液；
5、（3）在制備好電極的襯底上，采用滴鑄法沉積步驟（2）的hofs復合溶液，真空干燥。
6、作為改進的，所述步驟（1）中的hofs原材料采用4,4',4''-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三苯胺、1,3,6,8-四-（對胺基苯基）-芘、1,2,4,5-四(4-羧基苯基)苯中的至少一種。
7、作為改進的，所述步驟（1）中采用dmf為溶劑，超聲10-20?min，攪拌0.5-1.5?h，離心10-20?min。
8、作為改進的，所述步驟（1）中的hofs溶液的濃度為3-10?mg/ml。
9、作為改進的，所述步驟（2）中金屬陽離子溶液的濃度為1.5-2.5?m，粘連劑溶液的濃度為3-10?mg/ml。
10、作為改進的，所述hofs溶液、金屬陽離子溶液和粘連劑溶液的體積比為（5-15）:1:（15-25）。
11、作為改進的，所述步驟（2）的金屬陽離子溶液采用氯化鈉溶液、氯化鉀溶液、氯化鎂溶液、氯化鋅溶液、氯化鈣溶液、氯化鋰溶液中的至少一種。
12、作為改進的，所述步驟（2）的粘連劑溶液采用pva溶液。
13、作為改進的，所述步驟（3）的電極為ti3c2tx-mxene和zn@ti3c2tx-mxene電極，所述zn@ti3c2tx-mxene電極由ti3c2tx-mxene電極電鍍沉積金屬zn制得。
14、本專利技術的第二方面，還提供了一種基于氫鍵有機框架材料的濕度傳感器，采用所述的制備方法制得。
15、本專利技術的原理是：
16、hofs材料作為氫鍵互聯的多孔網絡材料，具有連續豐富的親水位點，感知到環境中的水分子時，可快速與之結合輸運，增大離子電導率，表現為兩個電極之間的電勢差變化；通過加入金屬陽離子，由于金屬陽離子在層狀框架中能夠充當支柱，促進了離子的擴散和水分子的插入，因此可以顯著改善離子傳輸性能，當hofs復合材料暴露在環境中時，已被金屬陽離子“支撐”的hofs分子框架在感知到環境中的水分子時，暴露給水分子大量的結合位點和通過孔隙，同時離子的加入豐富了用于導電的載流子種類和數量，大幅增加離子電導率，表現為極高的開關比，同時也使得hofs擺脫了單一的結構，一定程度上增加了hofs的穩定性。另外，加入粘連劑增強了hofs的機械性能，使得容易形成薄膜，且分散均勻。
17、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
18、（1）本專利技術通過金屬陽離子對hofs材料進行“支撐”作用，使hofs復合材料（金屬陽離子/hofs/粘連劑）能夠在濕度變化頻繁的環境中快速檢測，添加了金屬陽離子的hofs復合材料不僅在吸水過程中快速感應，在失水脫水的過程中感應也極為迅速。該濕度傳感器能夠在濕度變化頻繁的環境中快速而連續的做出檢測，濕度的測量范圍可覆蓋12％rh-91％rh，尤其適用于頻繁濕度變化環境下的濕度傳感檢測。
19、（2）本專利技術利用hofs原材料超聲溶解在dmf溶劑中，再倒入去離子水中攪拌，離心收集得到hofs溶液，制作的濕度傳感器(如自供電電位差式)，通過將hofs溶液搭配pva水溶液再添加金屬陽離子，經過處理，hofs復合材料的濕度敏感性能明顯增強，相較于現有研究的幾千級別的開關比，本專利技術的開關比達到3w級；hofs作為濕度傳感器的濕敏元件部分，處理之后使得響應恢復時間明顯降低。
20、（3）本專利技術還采用定量滴鑄的方法沉積金屬陽離子和hofs，處理得到的濕敏元件接觸良好，穩定性好，有益于提高濕度傳感器的濕度響應，從而得到具有較好的濕敏性能以及較小的濕滯性，且適用于全程大范圍內濕度測試的濕度傳感器。
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1.一種基于氫鍵有機框架材料的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于氫鍵有機框架材料的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中的HOFs原材料采用、1,3,6,8-四-（對胺基苯基）-芘、1,2,4,5-四(4-羧基苯基)苯中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的一種基于氫鍵有機框架材料的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中采用DMF為溶劑，超聲10-20?min，攪拌0.5-1.5?h，離心10-20?min。
4.根據權利要求1所述的一種基于氫鍵有機框架材料的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中的HOFs溶液的濃度為3-10?mg/mL。
5.根據權利要求4所述的一種基于氫鍵有機框架材料的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟（2）中金屬陽離子溶液的濃度為1.5-2.5?M，粘連劑溶液的濃度為3-10mg/ml。
6.根據權利要求5所述的一種基于氫鍵有機框架材料的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述HOFs溶液、金屬陽離子溶液和粘
7.根據權利要求1所述的一種基于氫鍵有機框架材料的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟（2）的金屬陽離子溶液采用氯化鈉溶液、氯化鉀溶液、氯化鎂溶液、氯化鋅溶液、氯化鈣溶液、氯化鋰溶液中的至少一種。
8.根據權利要求1所述的一種基于氫鍵有機框架材料的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟（2）的粘連劑溶液采用PVA溶液。
9.根據權利要求1所述的一種基于氫鍵有機框架材料的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟（3）的電極為Ti3C2Tx-MXene和Zn@Ti3C2Tx-MXene電極，所述Zn@Ti3C2Tx-MXene電極由Ti3C2Tx-MXene電極電鍍沉積金屬Zn制得。
10.一種基于氫鍵有機框架材料的濕度傳感器，其特征在于，采用權利要求1-9任一項所述的制備方法制得。
...【技術特征摘要】
1.一種基于氫鍵有機框架材料的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于氫鍵有機框架材料的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中的hofs原材料采用、1,3,6,8-四-（對胺基苯基）-芘、1,2,4,5-四(4-羧基苯基)苯中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的一種基于氫鍵有機框架材料的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中采用dmf為溶劑，超聲10-20?min，攪拌0.5-1.5?h，離心10-20?min。
4.根據權利要求1所述的一種基于氫鍵有機框架材料的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中的hofs溶液的濃度為3-10?mg/ml。
5.根據權利要求4所述的一種基于氫鍵有機框架材料的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟（2）中金屬陽離子溶液的濃度為1.5-2.5?m，粘連劑溶液的濃度為3-10mg/ml。
6.根據權利要求5所述的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王思亮，徐燦，程汪澤，曾瑋，岳陽，
申請(專利權)人：安徽大學，
類型：發明
國別省市：
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