基于LiCI湿敏涂层的QCM湿度传感特性的研究.pdf

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1、2012年第3l卷第3期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)81基于LiCI湿敏涂层的QCM湿度传感特性的研究蒙成，童筱钧，方颀，刘铎(1．江南大学物联网工程学院，江苏无锡214122；2．南京大学声学研究所近代声学重点实验室，江苏南京210093)摘要：对0．2％质量比LiCl薄膜涂层的QCM湿度传感单元湿敏特性进行了系统性的研究。研究结果表明：0．2％质量比LiC1一QCM的湿度传感单元的线性测量范围为13％-94％RH，克服了常规LiC1湿敏材料传感单元量程窄的缺点。另外，此湿度传感单元还具有重复性好、灵敏度高、湿滞小(小于1

2、0Hz)、数字频率化输出等优点，因而，具有较好的潜在应用前景。关键词：LiC1；石英晶体微天平；湿敏特性；线性度；重复性中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)03-0081-04StudyonhumiditysensingcharacteristicsofQCMbasedonLiClhumiditysensitivecoatingMENGCheng，TONGXiao-jun一，FANGQi，LIUDuo(1．TheInternet0fThingsInstitute，JiangnanUniversity，Wuxi214122，China；2．Inst

3、ituteofAcoustics，StateKeyLaboratoryofModernAcoustics，NanjingUniversity，Nanjing210093，China)Abstract：Humiditysensingcharacteristicsofquartzcrystalmicrobalanee(QCM)humiditysensorcoatedwithLiC1．whosemassratiois0．2％．isstudied．TheexperimentalresultsshowthattheQCMhumiditysensingunitwithmassratio0．2％Li

4、C1humiditysensitivecoatingexhibitsbroadlinearrangeof13％～94％RH。highsensitivity，goodrepeatability，smallhysteresis，digitaloutputandnanogram—levelmeasurementprecision，andhasveryattractiveprospectofapplication．Keywords：LiC1；qua~zcrystalmicrobalance(QCM)；humiditysensitivecharacteristics；linearity；repe

5、atabili—ty0引言速度、线性度、精确度问题，本文尝试将LiC1湿敏材料和湿度是表征空气中水分含量的物理量，对人们日常生QCM结合起来，使用薄的LiC1湿敏薄膜施加到QCM上构活、工农业生产、国防等方面有相当大的影响。常用湿度传成湿度传感单元以尝试解决前文所提到的湿敏传感器存在感器主要分为由半导体陶瓷、金属氧化物和高分子化合物的几个问题。研究表明：0．2％质量比LiC1一QCM湿度传感等构成的电阻式、电容式两大类，其阻值和容值分别随环境单元具有对湿度响应迅速、线性度好、测量范围较宽、湿滞湿度变化而变化。尽管这两大类湿度传感器已被广泛应小等优点，在微水测量和实时监控等方面具有较好的

6、潜在用，但其却仍存在线性度不好、响应慢、湿滞大、精度低等问应用前景。题，人们仍然在探索以求解决这些问题。1QCM湿度传感器的工作原理LiCl湿敏材料传感器具有吸湿量大、响应快且线性度QCM是一种灵敏度非常高的质量检测仪器。当QCM好等优点，缺点在于其吸湿易潮解、量程窄。特别是，对于表面湿敏涂层吸附水分后，QCM的输出频率随吸湿量变化一种浓度的LiC1湿敏元件，其有效感湿范围一般在而变化。2O％RH以内。石英晶体微天平(QCM)是一种质量一频率假设石英晶体表面涂层均匀且弹性、密度与晶体一致传感单元，具有实时性、高效性、线性度好、灵敏度高、频率(忽略涂层相对于石英的弹性和密度差异)时，可导

7、出QCM化输出、测量精度高等优点。为解决现有湿度传感器响应频率(Hz)一负载(g)关系方程收稿日期：201l一07_05基金项目：近代声学教育部重点实验室基金资助项目(0806)82传感器与微系统第3l卷2．2LiC1一QCM型结构感湿的有效性一，本实验中，样品l，2，3采用的是图2中椭方形电极式中为石英的基频，MHz；p为石英的密度，2．648g／晶振；样品4，5，6采用的是圆形电极晶振。各样品基频cm。；／z为石英的剪切模量(=2．947×