本发明属于电子材料和传感，尤其是一种湿敏材料的制备方法和应用。
背景技术：
1、湿度传感器身为三大应用范围最广的传感器之一，其原理主要是根据湿度敏感材料会随着外界环境中水蒸气的含量的变化，通过吸附或者是脱附外界空气中的水分，使得传感器本身的电阻值、电容值或者阻抗值等电学特性发生改变，经过监测连接在传感器外围电路系统的输出信号变化来间接观测外界环境湿度的变化。湿度传感器的应用范围已经涉及到工业制造、农业生产、货运存储以及人体生理健康等诸多方面。而且随着近些年来物联网的快速发展，湿度传感器作为其重要组成部件也迎来了新的发展机遇。
2、理想的湿敏材料对水分子的吸附/脱附所需时间，都应该保持在尽可能小的范围内，且湿度传感器具有较高的灵敏性。可是目前湿度传感器仍然面临着灵敏度小、响应时间慢、检测范围受限、器件尺寸过大、结构复杂、维护困难等问题，这些问题严重限制了湿度传感器的应用拓展。目前，湿度传感器中常用的感湿材料主要有聚合物、多孔半导体陶瓷以及纳米材料。在纳米材料中，碳纳米材料自从被发现以来直到近期仍热度不减。作为一种碳纳米材料，不仅具有其他类型纳米材料的共同优点，其表面结构还富含大量的活性位点以及高比表面积，在感湿材料领域的发展也日渐兴起。但是，由于目前报道的石墨烯、氧化石墨烯、氧化还原石墨烯、碳纳米管等传统纯碳基材料本质上都存在有限的湿敏性，导致灵敏度低、可检测范围小、低湿分辨力受限、响应/恢复时间慢等问题。
3、因此，制备出一种高灵敏度、响应快速、分辨力高的湿敏材料是当务之急。
技术实现思路
1、本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种湿敏材料的制备方法。
2、本发明还提出上述制备方法在制备柔性湿度传感器中的应用。
3、根据本发明的第一方面的实施例，提出了一种湿敏材料的制备方法，包括以下步骤：将过渡金属氧化物与具有沸石结构的有机物前驱体在具有进气口的加热装置中热处理；
4、所述过渡金属氧化物置于加热装置的靠近进气口一侧，所述具有沸石结构的有机物前驱体置于加热装置的远离进气口一侧。
5、根据本发明的第一方面的实施例至少具有以下有益效果：
6、在热处理下，具有较高热迁移的金属离子很容易被下游大量n空位和缺陷捕获。待冷却至室温后，收集下游产物，进行酸洗、水洗至中性后干燥，即可得到杂原子多孔碳(湿敏材料)，本发明的湿敏材料为杂原子多孔碳，其具有超高比表面积、高孔隙率和丰富的缺陷空位，有利于多孔碳对水分子的捕获，从而在电学性能上表现出对水分子的强烈响应。
7、本发明通过对热处理，将热迁移率高的金属离子掺杂至具有沸石结构的有机物前驱体碳化后的多孔碳，制备出的杂原子多孔碳具有1400m2/g以上的超高比表面积。以此制备得到的湿度传感器湿度的灵敏度高达82.39％，至少能够可靠地感知0.5％的极小相对湿度变化。
8、在本发明的一些实施方式中，所述热处理后还包括冷却至室温，收集下游产物，进行酸洗、水洗至中性后干燥。
9、在本发明的一些实施方式中，所述的酸洗、水洗的条件为：干燥后收集的下游粉末材料加入稀酸溶液中超声分散后搅拌2～3h、离心、水洗后将以上的酸洗步骤再重复；再将离心收集后的材料加入稀酸溶液中60～90℃加热6h，最后将溶液离心使用去离子水水洗4～6遍至中性；最后加入乙醇离心收集材料，将其放入70℃真空干燥箱中干燥12h以上，随后研磨收样。
10、在本发明的一些实施方式中，所述种湿敏材料的制备方法，包括以下步骤：将具有沸石结构的有机物前驱体与过渡金属氧化物粉末平铺置于同一瓷舟两端，间隔为0.5～2cm，确保两者不相接触；使得铺有金属氧化物粉末的瓷舟一端朝向进气口，以实现过渡金属氧化物粉末在具有沸石结构的有机物前驱体粉末的上游；随后放入管式炉中，在800～1000℃惰性气体氛围中进行热处理；产物冷却至室温后收集下游产物，进行研磨、酸洗、水洗至中性后干燥得到湿敏材料。
11、在本发明的一些实施方式中，所述酸洗步骤中所用的酸包括硫酸和硝酸中的至少一种。
12、在本发明的一些实施方式中，所述的具有沸石结构的有机物前驱体包括zif-8、zif-67、zif-90、mil-100、uio-66和mof-5中至少一种。
13、在本发明的一些实施方式中，所述过渡金属氧化物包括三氧化钨(wo3)、三氧化钼(moo3)、氧化铜(cuo)、氧化锡(sno)、镧钨氧(lawo3)、钒氧化物(vo2)、铬氧化物(cr2o3)、铁酸铜(cufeo2)和铌酸锂(linbo3)中的至少一种。
14、在本发明的一些实施方式中，利用具有沸石结构的有机物zif-8前驱体和过渡金属氧化物wo3制备杂原子多孔碳的方法如下：
15、a1.称取7～28g分析纯2-甲基咪唑加入烧杯a中，之后用量筒称取105～420ml甲醇注入其中；然后将烧杯a置于超声波数控清洗机中，超声震荡10分钟，确保2-甲基咪唑完全溶解于甲醇得到a溶液；
16、a2.称取2.94～11.76g分析纯zn(no3)2·6h2o于烧杯b中，之后用量筒称取20～60ml甲醇注入其中，超声震荡10分钟，确保zn(no3)2·6h2o完全溶解于甲醇得到b溶液；
17、a3.随后将b溶液快速倒入a溶液中混合后经搅拌、静置、洗涤和干燥，得到金属有机框架材料zif-8前驱体；
18、a4.将具有沸石结构的有机物zif-8前驱体与过渡金属氧化物wo3粉末平铺置于同一瓷舟两端，间隔为0.5～2cm，确保两者不相接触；装有金属氧化物粉末的瓷舟一端朝向进气口，以实现wo3粉末在zif-8前驱体粉末的上游；随后放入管式炉中，在800～1000℃惰性气体氛围中进行热处理；产物冷却至室温后收集下游产物，进行研磨、酸洗、水洗至中性后干燥得到w-pc多孔碳。
19、在本发明的一些实施方式中，所述热处理在惰性气体氛围下进行；
20、所述的惰性气体氛围为氩气或氮气；
21、所述惰性气体的流速为2～40ml/min。
22、在本发明的一些实施方式中，所述热处理的温度为800～1400℃，所述热处理的保温时间为1～5h。
23、上述温度范围内提升了过渡金属的迁移效果。
24、在本发明的一些实施方式中，所述热处理的升温速率为5～7℃/min。
25、在本发明的一些实施方式中，所述的具有沸石结构的有机物前驱体与所述过渡金属氧化物的质量比为1:0.1～10。
26、在本发明的一些实施方式中，所述平铺的面积为0.5×0.5～4×4cm2。
27、平铺面积指的是粉末平铺后占用的面积。
28、根据本发明的第二方面的实施例提出了一种制备方法在制备柔性湿度传感器中的应用。
29、在本发明的一些实施方式中，所述柔性湿度传感器包括：柔性基底，所述的柔性衬底上设有叉指电极，所述的叉指电极上方涂覆有所述湿敏材料。
30、在本发明的一些实施方式中，所述的叉指电极包括5个电极对，每个电极的宽度为200μm，电极间距200μm；且所述的叉指电极的引出端设置有电极端子，所述的电极端子上还连接有电极引脚。
31、在本发明的一些实施方式中，所述柔性湿度传感器的制备方法包括以下步骤：
32、s1.用导电银浆在所述柔性衬底上制备叉指电极；
33、s2.将所述湿敏材料分散后覆盖在所述叉指电极后成膜。
34、本发明通过对热处理，将热迁移率高的金属离子掺杂至具有沸石结构的有机物前驱体碳化后的多孔碳，制备出的杂原子多孔碳具有1400m2/g以上的超高比表面积。以此制备得到的湿度传感器湿度的灵敏度高达82.39％，至少能够可靠地感知0.5％的极小相对湿度变化。
35、在本发明的一些实施方式中，步骤s1中，所述制备的方法包括丝网印刷方式印刷叉指电极或用激光刻板机在覆铜膜衬底上雕刻出梳状叉指电极。
36、在本发明的一些实施方式中，步骤s1中，所述的柔性衬底包括tpi、pu、pva、pp、pvoh、pi、lcp和pdms膜中的至少一种。
37、在本发明的一些实施方式中，步骤s2中，所述分散的分散剂包括去离子水、无水乙醇、芳香烃类、脂肪烃类、脂肪烃类、酯类和酮类的有机溶剂中的至少一种。
38、在本发明的一些实施方式中，步骤s2中，所述分散后的分散液的浓度为5～50mg/ml。
39、在本发明的一些实施方式中，步骤s2中，所述分散在超声条件下进行。
40、在本发明的一些实施方式中，步骤s2中，所述覆盖的方法包括：滴涂、旋涂或印刷中的至少一种。
41、在本发明的一些实施方式中，所述成膜的方法包括干燥成膜，所述干燥成膜温度为60～100℃，所述干燥成膜的时间为60～120min。
42、在本发明的一些实施方式中，所述柔性湿度传感器应用于工业制造、农业生产、货运存储或人体生理健康领域。
43、在本发明的一些实施方式中，所述人体生理健康领域包括呼吸监测面罩。
44、本发明中的柔性湿度传感器应用在呼吸监测面罩时，根据所测得的呼吸曲线，可分别对正常、快速和停止三种呼吸状态作出识别，对于临床医学监测有重要意义。
1.一种湿敏材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将过渡金属氧化物与具有沸石结构的有机物前驱体在具有进气口的加热装置中热处理；
2.根据权利要求1所述的湿敏材料的制备方法，其特征在于，所述的具有沸石结构的有机物前驱体包括zif-8、zif-67、zif-90、mil-100、uio-66和mof-5中至少一种。
3.根据权利要求1所述的湿敏材料的制备方法，其特征在于，所述过渡金属氧化物包括三氧化钨、三氧化钼、氧化铜、氧化锡、镧钨氧、钒氧化物、铬氧化物、铁酸铜和铌酸锂中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的湿敏材料的制备方法，其特征在于，所述热处理在惰性气体氛围下进行；
5.根据权利要求1所述的湿敏材料的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为800～1400℃，所述热处理的保温时间为1～5h。
6.根据权利要求1所述的湿敏材料的制备方法，其特征在于，所述的具有沸石结构的有机物前驱体与所述过渡金属氧化物的质量比为1:0.1～10。
7.一种如权利要求1～6中任一项制备方法在制备柔性湿度传感器中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述柔性湿度传感器包括：柔性基底，所述的柔性衬底上设有叉指电极，所述叉指电极上方涂覆有所述湿敏材料。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述柔性湿度传感器的制备方法包括以下步骤：
10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述柔性湿度传感器应用于工业制造、农业生产、货运存储或人体生理健康领域。
