電容式濕度傳感器用感濕聚酰亞胺的制備及性能研究.pdf

1、濕度表示空氣中水汽的多少，是氣象觀測的基本參數(shù)之一，濕度測量一直是氣象常規(guī)觀測的難點。高分子電容式濕度傳感器（濕敏電容）是目前應(yīng)用最廣泛的測濕元件。
　　 濕敏材料作為感濕層是構(gòu)成濕度傳感器的核心。目前研究熱點主要有聚酰亞胺、聚乙炔苯、聚砜、等離子聚合聚乙烯、線性交聯(lián)等離子聚合聚甲基丙烯酸甲酯等高分子濕敏材料，這些濕敏材料來源豐富，同時具有易于制備、加工，并且可以通過分子結(jié)構(gòu)的改性，獲得不同的物理化學(xué)性能。
　　 聚酰亞

2、胺(Polyimide，簡稱PI)是一類以酰亞胺基團(tuán)為特征結(jié)構(gòu)的聚合物，這類聚合物具有其它材料無法比擬的強(qiáng)度、耐磨性以及優(yōu)異的力學(xué)、光學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性等一系列優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于航天、航空、原子能、膜分離技術(shù)、精密及重大機(jī)電產(chǎn)品、液晶顯示等高技術(shù)領(lǐng)域。同時，由于聚酰亞胺具有突出的耐高溫性能、介電性能和優(yōu)良的抗輻射性能，它作為功能材料在微電子工業(yè)及大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中獲得日益廣泛應(yīng)用。近年來，聚酰亞胺作為一種很好的感濕材料得到越來

3、越多的研究及關(guān)注，用聚酰亞胺作為感濕膜，放在平行板電容器中間充作介質(zhì)，制成電容式濕度傳感器，具有響應(yīng)速度快、靈敏度高、輸出范圍寬、濕滯誤差小，溫度特性和長期穩(wěn)定性好等特點，所以在濕度傳感器領(lǐng)域受到人們重視，是一種新型很有前途的濕度傳感器敏感材料。
　　 本課題工作主要分為以下五個部分:含砜基聚酰亞胺單體的合成及性能研究;含砜基聚酰亞胺薄膜的制備及性能研究;聯(lián)苯型聚酰亞胺薄膜的研制及性能研究;聯(lián)苯型聚酰亞胺薄膜的老化性能研究;聚酰

4、亞胺濕敏電容的研制。
　　 首先，由4，4'-二羥基二苯酚(BPS)與對氯硝基苯(4CNB)為原料，在甲苯和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)混合溶劑中反應(yīng)，經(jīng)親核取代反應(yīng)合成硝基物4，4'-雙(4-硝基苯氧基)二苯砜(BNDPS)，然后經(jīng)活性炭、水合肼，氯化鐵還原得到二氨基物4，4'-雙(4-氨基苯氧基)二苯砜(BADPS)，并利用FT-IR、DSC對單體熔點及特征吸收峰進(jìn)行了表征。
　　 其次，由該二胺單體BADPS和其

5、它2種二胺單體4，4'-二氨基二苯醚(DADPE)、4，4'-二氨基-3，3'-二氯二苯基甲烷(MOCA)與一種二酐單體3，3'，4，4'-四酸基聯(lián)苯二酐(BPDA)反應(yīng)，制得一系列含砜基聚酰胺酸溶液，成膜，亞胺化，得到相應(yīng)的聚酰亞胺薄膜，并進(jìn)行了性能研究分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)含砜基聚酰業(yè)胺薄膜有優(yōu)良的綜合性能。
　　 由4，4'-二氨基二苯醚(DADPE)，3，3'-二甲基-4，4'-二氨基二苯基甲烷(DADM)與3，3'，4，4'-

6、四酸基聯(lián)苯二酐(BPDA)于一定量強(qiáng)極性非質(zhì)子溶劑DMAc中攪拌反應(yīng)完全，得到聯(lián)苯型聚酰胺酸溶液，涂膜，熱亞胺化，自然冷卻至室溫，脫膜，烘干，得相應(yīng)的聯(lián)苯型聚酰亞胺薄膜。同樣測定一系列的性能數(shù)據(jù)，包括比較未老化、老化100h，老化300h的各項性能結(jié)果來研究其耐老化性能。研究結(jié)果表明，聯(lián)苯型聚酰亞胺薄膜具有優(yōu)異的綜合性能。薄膜的介電常數(shù)在3.0-3.5之間，最大強(qiáng)度為124.4MPa，最大透過率超過90％，表面能為45-55mJ/m2，