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基本信息

項(xiàng)目名稱：
基于有序介孔材料SBA-15的ＱＣＭ濕度傳感器
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本發(fā)明首次把自己合成的單分散的六方薄片狀有序硅基介孔材料SBA-15作為石英晶體微天平（QCM）的濕敏材料?；谠撚行蚪榭撞牧暇哂写蟮谋缺砻娣e和孔容、孔徑均一且在納米尺寸上連續(xù)可調(diào),表面基團(tuán)富有硅羥基易于與空氣中的水分鍵合、二氧化硅無生理毒性等一系列優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、成本低、易于集成化、易于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)的石英晶體微天平（QCM）來制備濕度傳感器。開發(fā)出了具有濕度量程大（可在1%-100%RH范圍內(nèi)檢測(cè)）、靈敏度高、穩(wěn)定性好、濕滯小、耐高溫、耐溶劑、成本低、有利于環(huán)保、易于集成化、易于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)的濕度傳感器。
詳細(xì)介紹：
基于有序介孔材料SBA-15具有大的比表面積和孔體積、孔徑均一且在納米尺寸上連續(xù)可調(diào)的、表面基團(tuán)富有硅羥基易于與空氣中的水分鍵合、二氧化硅無生理毒性等一系列優(yōu)點(diǎn)，首次把自己合成的單分散的六方薄片狀的有序硅基介孔材料SBA-15作為具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、成本低、裝置簡(jiǎn)單、易于集成化、易于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)的石英晶體微天平（QCM）質(zhì)量型傳感器的濕敏材料來制備新型的濕度傳感器。開發(fā)出的濕度傳感器具有濕度量程大（可在1%-100%RH范圍內(nèi)檢測(cè)）、靈敏度高、穩(wěn)定性好、濕滯小、耐高溫、耐溶劑、成本低、有利于環(huán)保、易于集成化、易于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。不僅為石英晶體微天平（QCM）找到了一種很好的濕敏材料，更為有序介孔材料應(yīng)用開辟了一種新的途徑。

作品圖片

  • 基于有序介孔材料SBA-15的ＱＣＭ濕度傳感器
  • 基于有序介孔材料SBA-15的ＱＣＭ濕度傳感器

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

發(fā)明的目的和基本思路 目前市場(chǎng)上銷售的濕度傳感器的敏感材料主要有電解質(zhì)類、高分子化合物、多孔金屬氧化物以及半導(dǎo)體材料等。但這些濕度傳感器的穩(wěn)定性和可靠性都不甚理想，一直制約著濕度傳感器的實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展。本作品把有序介孔材料SBA-15和石英晶體微天平二者的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，首次把有序硅基介孔材料作為該類質(zhì)量傳感器的濕敏材料來制備性能優(yōu)越的濕度傳感器。 主要發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)： （1）濕敏材料新穎——以自己合成的單分散的具有六方薄片狀的有序介孔材料SBA-15為敏感材料，大大增加了濕度傳感器的靈敏度，比起市場(chǎng)化濕度傳感器所用的諸如（電解質(zhì)類、高分子化合物）材料既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。 （2）濕敏元件獨(dú)特——利用靈敏度高、穩(wěn)定性好、成本低、易于集成化、易于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)的石英晶體微天平質(zhì)量型傳感器接受和傳遞信號(hào)。 技術(shù)關(guān)鍵： （1）如何制得比表面大、形貌、尺寸和孔徑均勻的六方薄片狀的有序硅基介孔材料SBA-15 （2）SBA-15如何在QCM上形成厚度和質(zhì)量可控的敏感薄膜。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1：測(cè)濕量程寬（可以在1-100%RH測(cè)量）； 2：靈敏度高（可達(dá)68.40Hz/%RH）； 3：響應(yīng)-恢復(fù)時(shí)間短（可以在18 s內(nèi)重復(fù)使用）； 4：穩(wěn)定性好，濕滯?。? 5：元件尺寸小、便于攜帶； 6：能耗低、易于集成化；

科學(xué)性、先進(jìn)性

作品的科學(xué)性： 基于有序介孔材料具有大的比表面積和孔體積、孔徑均一且在納米尺寸上連續(xù)可調(diào)、表面基團(tuán)富有硅羥基易于與空氣中的水分鍵合、二氧化硅無生理毒性等一系列優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合具有靈敏度高、選擇性好、成本低、裝置簡(jiǎn)單、易于集成化、易于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)的石英晶體微天平（QCM），制備濕度傳感器。 技術(shù)先進(jìn)性： 本濕度傳感器與市場(chǎng)的同類傳感器相比，具有以下優(yōu)勢(shì)： ①濕度精度高；②響應(yīng)-恢復(fù)時(shí)間短；③輸出信號(hào)穩(wěn)定； ④元件尺寸小，易于集成化。 濕度精度（x%RH）響應(yīng)-恢復(fù)(t)濕度量程（x%RH） 自己作品 ±3% 18/20s 1%-100% 國(guó)內(nèi)GY-HR006 ±5% 約30/40s 20%-95% 日本神榮C7M3 ±5% 約40/45s 20%-95% 經(jīng)過與現(xiàn)階段同類產(chǎn)品測(cè)試分析可知，我們所開發(fā)的濕度傳感器各項(xiàng)性能都優(yōu)于市場(chǎng)同類產(chǎn)品，有望盡快打入國(guó)際市場(chǎng)，打造擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的民族品牌。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

已獲得第十一屆上海市大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽暨第十一屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽上海市一等獎(jiǎng)；同時(shí)在2008年度上海高校學(xué)生創(chuàng)造發(fā)明“科技創(chuàng)業(yè)杯”評(píng)選中獲獎(jiǎng)。

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段，產(chǎn)品設(shè)計(jì)正在進(jìn)行中。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

擬自主創(chuàng)業(yè)或與相關(guān)企業(yè)合作生產(chǎn)

作品可展示的形式

□ 實(shí)物、產(chǎn)品 、現(xiàn)場(chǎng)演示

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

該質(zhì)量型濕度器的研制是一項(xiàng)融合納米材料制備、微器件制造以及敏感信號(hào)檢測(cè)與處理的多學(xué)科交叉研究。作品具有科技含量高、附加值高、制造過程環(huán)保、造價(jià)低、可批量生產(chǎn)等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。 作品具有性能優(yōu)越、使用方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，可以在倉(cāng)儲(chǔ)、工業(yè)生產(chǎn)(特別是紡織、電子、食品工業(yè))、醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事、氣象等眾多行業(yè)推廣、普及使用。國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)巨大，社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效應(yīng)顯著，符合上海市及國(guó)家產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。作品的核心技術(shù)已申請(qǐng)專利保護(hù)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

同類課題研究水平概述

濕度傳感器品種繁多，但就其所使用的濕敏材料而言，主要有電解質(zhì)和高分子化合物濕敏材料、半導(dǎo)體陶瓷材料以及元素半導(dǎo)體、多孔金屬氧化物半導(dǎo)體材料等。電解質(zhì)濕度傳感器具有測(cè)量范圍窄、可重復(fù)性差、使用壽命短等缺點(diǎn)；高分子化合物濕度傳感器具有感濕性能好、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，但在高溫和高濕條件下性能變差、穩(wěn)定性差、抗腐蝕和抗沾污能力差；半導(dǎo)體陶瓷材料濕度傳感器具有感濕性能較好、生產(chǎn)簡(jiǎn)單、成本低、響應(yīng)時(shí)間短、可加熱清洗等優(yōu)點(diǎn)但準(zhǔn)確度較低、高溫下性能差、難以集成化。本作品所述濕度傳感器首次把具有大的比表面積和孔體積、均一且在納米尺寸上連續(xù)可調(diào)的孔徑和形貌，如膜，片，球等、表面基團(tuán)富有硅羥基易于與空氣中的水分鍵合、二氧化硅無生理毒性的有序介孔材料作為石英晶體微天平（QCM）質(zhì)量傳感器的濕敏材料來制備濕度傳感器。不僅克服了上述濕度傳感器的缺點(diǎn)，同時(shí)也為QCM找到到了一種很好的濕敏傳感材料，更為介孔材料的應(yīng)用開辟了一種新的途徑。 與市場(chǎng)化產(chǎn)品產(chǎn)品相比較，我們的作品具有如下多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)： ①靈敏度高、穩(wěn)定性好、檢測(cè)范圍寬（可以在整個(gè)相對(duì)濕度范圍內(nèi)測(cè)量）； ②響應(yīng)-恢復(fù)時(shí)間短（可以在18 s內(nèi)重復(fù)使用）、濕滯??； ③能耗低、易于集成化； ④元件尺寸小、便于攜帶； ⑤制作工藝簡(jiǎn)單、成品率高（可以結(jié)合微電子工藝，批量生產(chǎn)）、產(chǎn)品造價(jià)低、附加值高 ⑥所用材料形貌新穎且用量少、耐高溫耐溶劑、既經(jīng)濟(jì)又利于環(huán)保。
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