本发明涉及传感器制备，特别涉及一种湿度传感单元、湿度传感器及其制备方法。
背景技术：
1、低湿传感技术在多个领域如半导体制造、电力系统、气体供应链、石化加工、大气与气候研究、航空航天、食品包装、药品储存、锂离子电池和超级电容器中扮演着关键角色。尽管如此，目前市面上的湿度传感器主要适用于30％-90％rh的中等湿度范围，对于低湿度环境的检测则面临挑战。
2、传统的电阻/阻抗型湿度传感器通常采用离子导电湿敏材料，这在低湿度环境下尤为不足。首先，低湿度环境下，空气中水分子的缺乏限制了湿敏材料的解离程度，导致离子载流子浓度不足，难以引起传感器电信号的显著变化，导致传感器的灵敏度较低，甚至无法检测到湿度变化。此外，低湿度条件下湿敏材料的电阻或阻抗过高，对读取电路的要求相应提高。其次，这类传感器的电阻/阻抗随湿度的变化通常呈指数型的响应，给传感器的校准和湿度计算带来不便。
3、目前开发的低湿传感器存在灵敏度差、噪声高、信号数字化困难等问题。此外，利用湿气下材料的体积膨胀和重量变化也可实现湿度检测。例如，研究人员开发了基于如反射率、全内反射衰减场变化等光学特性的光学型湿度传感器，以及基于声音共振频率变化的声学型湿度传感器。但是这些光学/声学测量系统复杂，系统集成难度大。
技术实现思路
1、为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种湿度传感单元、湿度传感器及其制备方法，实现在低湿环境下的湿度测量，灵敏性高且集成化简单。
2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
3、第一方面，本发明提供一种湿度传感单元，从上到下依次包括电极、裂纹化的压阻碳薄膜以及由亲水性交联高分子材料制成的湿敏薄膜，所述压阻碳薄膜和所述湿敏薄膜之间经由表面处理后进行结合。
4、本发明的有益效果在于：以具有优良吸湿和力学性能的亲水性交联高分子为湿敏材料以及具有高压阻敏感系数和电子导电的裂纹化的碳膜所制备的双层结构传感单元，相较于传统的电阻/阻抗型低湿传感器，本发明具有良好的低湿检测能力，可对0～50％的低湿度进行连续监测，同时具有高灵敏度、高线性度、快速响应/恢复、低湿滞等优点。同时，只需要采用简单的电阻信号处理电路和便携的信号读取方案，因此本发明具有柔性、小型化特点，可与其他组件便捷地进行集成。另外，本发明无需湿敏层材料具备导电性，显著拓宽了湿敏材料的选择范围。
5、可选地，所述压阻碳薄膜的厚度为1nm-1μm。
6、可选地，所述湿敏薄膜的厚度为100nm-10μm。
7、根据上述描述可知，将湿敏薄膜的厚度控制在100nm-10μm，能保证湿度传感单元的敏感度。
8、可选地，所述湿敏薄膜的模量为10-1000mpa。
9、可选地，所述湿敏薄膜在50％的相对湿度环境下，其吸湿量为2％-100％。
10、可选地，所述湿敏薄膜为亲水性交联高分子材料的单种体系，或者是多种混合体系，亦或者是亲水性交联高分子材料与无机纳米材料组成的复合体系，所述亲水性交联高分子材料包括聚氨酯脲、聚氨酯、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、胶原、琼脂以及纤维素。
11、可选地，所述湿敏薄膜的面积大于或等于所述压阻碳薄膜。
12、第二方面，本发明提供一种湿度传感器，包括呈橡胶支撑架以及第一方面所述的湿度传感单元，所述橡胶支撑架上设置有通孔，所述湿度传感单元的湿敏薄膜位于所述橡胶支撑架的一侧上且覆盖所述通孔。
13、第三方面，本发明提供一种湿度传感器的制备方法，用于制备第二方面所述的湿度传感器，包括以下步骤：
14、s1、在基底上构建压阻碳薄膜；
15、s2、将由亲水性交联高分子材料制成的湿敏薄膜与所述压阻碳薄膜结合形成双层结构；
16、s3、将所述双层结构从基底上转移到带通孔的橡胶支撑架上；
17、s4、在所述压阻碳薄膜的裂纹化处理和电极引出之后，得到所述湿度传感器。
18、可选地，所述压阻碳薄膜的裂纹化处理为步骤s3的转移过程中原位产生的，或者是步骤s3的转移之后，通过拉伸或压缩的办法引入裂纹。
19、其中，第二方面所提供的一种湿度传感器以及第三方面所提供的一种湿度传感器的制备方法所对应的技术效果参照第一方面所提供的一种湿度传感单元的相关描述。
1.一种湿度传感单元，其特征在于，从上到下依次包括电极、裂纹化的压阻碳薄膜以及由亲水性交联高分子材料制成的湿敏薄膜，所述压阻碳薄膜和所述湿敏薄膜经由表面处理后进行结合。
2.根据权利要求1所述的湿度传感单元，其特征在于，所述压阻碳薄膜的厚度为1nm-1μm。
3.根据权利要求1所述的湿度传感单元，其特征在于，所述湿敏薄膜的厚度为100nm-10μm。
4.根据权利要求1所述的湿度传感单元，其特征在于，所述湿敏薄膜的模量为10-1000mpa。
5.根据权利要求1所述的湿度传感单元，其特征在于，所述湿敏薄膜在50％的相对湿度环境下，其吸湿量为2％-100％。
6.根据权利要求1所述的湿度传感单元，其特征在于，所述湿敏薄膜为亲水性交联高分子材料的单种体系，或者是多种混合体系，亦或者是亲水性交联高分子材料与无机纳米材料组成的复合体系，所述亲水性交联高分子材料包括聚氨酯脲、聚氨酯、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、胶原、琼脂以及纤维素。
7.根据权利要求1所述的湿度传感单元，其特征在于，所述湿敏薄膜的面积大于或等于所述压阻碳薄膜。
8.一种湿度传感器，其特征在于，包括橡胶支撑架以及权利要求1至7任一项所述的湿度传感单元，所述橡胶支撑架上设置有通孔，所述湿度传感单元的湿敏薄膜位于所述橡胶支撑架的一侧上且覆盖所述通孔。
9.一种湿度传感器的制备方法，用于制备如权利要求8所述的湿度传感器，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种湿度传感器的制备方法，其特征在于，所述压阻碳薄膜的裂纹化处理为步骤s3的转移过程中原位产生的，或者是步骤s3的转移之后，通过拉伸或压缩的办法引入裂纹。
