基本信息
- 项目名称：
- 基于有序介孔材料SBA-15的ＱＣＭ湿度传感器
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本发明首次把自己合成的单分散的六方薄片状有序硅基介孔材料SBA-15作为石英晶体微天平（QCM）的湿敏材料。基于该有序介孔材料具有大的比表面积和孔容、孔径均一且在纳米尺寸上连续可调,表面基团富有硅羟基易于与空气中的水分键合、二氧化硅无生理毒性等一系列优点，结合具有灵敏度高、稳定性好、成本低、易于集成化、易于实现现场连续检测优点的石英晶体微天平（QCM）来制备湿度传感器。开发出了具有湿度量程大（可在1%-100%RH范围内检测）、灵敏度高、稳定性好、湿滞小、耐高温、耐溶剂、成本低、有利于环保、易于集成化、易于实现现场连续检测等优点的湿度传感器。
- 详细介绍：
- 基于有序介孔材料SBA-15具有大的比表面积和孔体积、孔径均一且在纳米尺寸上连续可调的、表面基团富有硅羟基易于与空气中的水分键合、二氧化硅无生理毒性等一系列优点，首次把自己合成的单分散的六方薄片状的有序硅基介孔材料SBA-15作为具有灵敏度高、稳定性好、成本低、装置简单、易于集成化、易于实现现场连续检测优点的石英晶体微天平（QCM）质量型传感器的湿敏材料来制备新型的湿度传感器。开发出的湿度传感器具有湿度量程大（可在1%-100%RH范围内检测）、灵敏度高、稳定性好、湿滞小、耐高温、耐溶剂、成本低、有利于环保、易于集成化、易于实现现场连续检测等优点。不仅为石英晶体微天平（QCM）找到了一种很好的湿敏材料，更为有序介孔材料应用开辟了一种新的途径。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明的目的和基本思路 目前市场上销售的湿度传感器的敏感材料主要有电解质类、高分子化合物、多孔金属氧化物以及半导体材料等。但这些湿度传感器的稳定性和可靠性都不甚理想，一直制约着湿度传感器的实际应用和发展。本作品把有序介孔材料SBA-15和石英晶体微天平二者的优点有机结合，首次把有序硅基介孔材料作为该类质量传感器的湿敏材料来制备性能优越的湿度传感器。 主要发明创新点： （1）湿敏材料新颖——以自己合成的单分散的具有六方薄片状的有序介孔材料SBA-15为敏感材料，大大增加了湿度传感器的灵敏度，比起市场化湿度传感器所用的诸如（电解质类、高分子化合物）材料既经济又环保。 （2）湿敏元件独特——利用灵敏度高、稳定性好、成本低、易于集成化、易于实现现场连续检测优点的石英晶体微天平质量型传感器接受和传递信号。 技术关键： （1）如何制得比表面大、形貌、尺寸和孔径均匀的六方薄片状的有序硅基介孔材料SBA-15 （2）SBA-15如何在QCM上形成厚度和质量可控的敏感薄膜。 主要技术指标： 1：测湿量程宽（可以在1-100%RH测量）； 2：灵敏度高（可达68.40Hz/%RH）； 3：响应-恢复时间短（可以在18 s内重复使用）； 4：稳定性好，湿滞小； 5：元件尺寸小、便于携带； 6：能耗低、易于集成化；
科学性、先进性
- 作品的科学性： 基于有序介孔材料具有大的比表面积和孔体积、孔径均一且在纳米尺寸上连续可调、表面基团富有硅羟基易于与空气中的水分键合、二氧化硅无生理毒性等一系列优点，结合具有灵敏度高、选择性好、成本低、装置简单、易于集成化、易于实现现场连续检测优点的石英晶体微天平（QCM），制备湿度传感器。 技术先进性： 本湿度传感器与市场的同类传感器相比，具有以下优势： ①湿度精度高；②响应-恢复时间短；③输出信号稳定； ④元件尺寸小，易于集成化。 湿度精度（x%RH）响应-恢复(t)湿度量程（x%RH） 自己作品 ±3% 18/20s 1%-100% 国内GY-HR006 ±5% 约30/40s 20%-95% 日本神荣C7M3 ±5% 约40/45s 20%-95% 经过与现阶段同类产品测试分析可知，我们所开发的湿度传感器各项性能都优于市场同类产品，有望尽快打入国际市场，打造拥有自主知识产权的民族品牌。
获奖情况及鉴定结果
- 已获得第十一届上海市大学生课外学术科技作品竞赛暨第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛上海市一等奖；同时在2008年度上海高校学生创造发明“科技创业杯”评选中获奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段，产品设计正在进行中。
技术转让方式
- 拟自主创业或与相关企业合作生产
作品可展示的形式
- □ 实物、产品 、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该质量型湿度器的研制是一项融合纳米材料制备、微器件制造以及敏感信号检测与处理的多学科交叉研究。作品具有科技含量高、附加值高、制造过程环保、造价低、可批量生产等特点和优势。 作品具有性能优越、使用方便、价格低廉等优点，可以在仓储、工业生产(特别是纺织、电子、食品工业)、医疗、环境监测、军事、气象等众多行业推广、普及使用。国内外市场巨大，社会效益及经济效应显著，符合上海市及国家产业的发展方向。作品的核心技术已申请专利保护，具有自主知识产权。
同类课题研究水平概述
- 湿度传感器品种繁多，但就其所使用的湿敏材料而言，主要有电解质和高分子化合物湿敏材料、半导体陶瓷材料以及元素半导体、多孔金属氧化物半导体材料等。电解质湿度传感器具有测量范围窄、可重复性差、使用寿命短等缺点；高分子化合物湿度传感器具有感湿性能好、灵敏度高等优点，但在高温和高湿条件下性能变差、稳定性差、抗腐蚀和抗沾污能力差；半导体陶瓷材料湿度传感器具有感湿性能较好、生产简单、成本低、响应时间短、可加热清洗等优点但准确度较低、高温下性能差、难以集成化。本作品所述湿度传感器首次把具有大的比表面积和孔体积、均一且在纳米尺寸上连续可调的孔径和形貌，如膜，片，球等、表面基团富有硅羟基易于与空气中的水分键合、二氧化硅无生理毒性的有序介孔材料作为石英晶体微天平（QCM）质量传感器的湿敏材料来制备湿度传感器。不仅克服了上述湿度传感器的缺点，同时也为QCM找到到了一种很好的湿敏传感材料，更为介孔材料的应用开辟了一种新的途径。 与市场化产品产品相比较，我们的作品具有如下多项优点： ①灵敏度高、稳定性好、检测范围宽（可以在整个相对湿度范围内测量）； ②响应-恢复时间短（可以在18 s内重复使用）、湿滞小； ③能耗低、易于集成化； ④元件尺寸小、便于携带； ⑤制作工艺简单、成品率高（可以结合微电子工艺，批量生产）、产品造价低、附加值高 ⑥所用材料形貌新颖且用量少、耐高温耐溶剂、既经济又利于环保。
