前言

除了在医疗、陶瓷、化学和食品工业中使用之外，湿度传感器今天在提供关于人类舒适的最佳环境条件的信息方面发挥着至关重要的作用。湿度传感器在呼吸率监测、无接触皮肤检查、非接触开关和空间定位监测中的多功能应用中，在最近几年创造了一个激增的需求。大多数情况下，湿度传感器在可变湿度条件下的响应要么是容性的，要么是阻性的，要么是光学的。一般来说，任何材料都可能对湿度有反应，但仅仅与水分子的相互作用并不能使其成为传感器，除非它对不同的含水量表现出高灵敏度、特异性、稳定性和自发性。然而，有机传感器通常在设备性能方面缺乏稳定性。

研究内容

印度理工学院的研究人员探索了一个新的有机系统，含N-F的SelectfluorTM（F）（TEDA）有机晶体，其在固态下具有高宽高比，可以用于制造湿度传感器。这是一种独特的分子系统，通常在有机和无机合成反应中用作温和的氟化前体。分子系统最有趣的特征是极性N-F结的存在和1D的结构为可逆的水相互作用提供了一个极其特殊的场所，使其对水分子具有高度的特异性和选择性。这里，基于TEDA的湿度传感器是通过在金叉指电极上简单滴铸活性材料来制造的。此外，将所制造的器件放置在封闭的环境室中，在该室中引入湿度和不同挥发性有机气体的脉冲，以检查器件的响应和灵敏度。最终，优化的装置被探索用于监测呼吸速率和皮肤水分响应，以努力实现连续的无创生理监测。

实验方法

清洁的玻璃基板用于制造金交叉电极。光刻被用于制造微米大小的交叉电极。对应于基于TEDA传感器在六种不同呼吸频率下吸气和呼气时的呼吸响应的信号。用于测量制造的湿度传感器的响应和恢复时间的典型呼吸曲线的标准化响应曲线。制造的装置在不同湿度下的电流响应对应于不同的手指高度，以及不同志愿者的人手指的皮肤水分响应。为了在不同的相对湿度条件下进行测量，在定制的环境室中使用商用超声波雾加湿器产生恒定的湿度。环境试验箱配有一个商用参考湿度传感器(Testo 410–2)，用于读取试验箱内的湿度值进行校准。氮气用于抽空腔室以降低相对湿度值。

用不同浓度的溶液制备的氟TEDA晶体的光学照片

在不同的外加电压下，相对湿度在10%和95%之间切换时的电流响应。

在95%相对湿度下监测时，装置灵敏度的变化。

对应于基于TEDA的传感器在六个不同呼吸频率的吸气和呼气时的呼吸响应的信号。

结论

基于有机氟分子晶体TEDA的固态湿度传感器已成功制作，通过简单的熔滴铸造技术制成。该传感器的灵敏度值约为106(10%–95%)，具有很高的选择性和对湿度的特异性，响应和恢复时间快。此外，通过监测传感器在95%相对湿度的极端条件下长时间运行的响应来测试传感器的耐用性。通过阻抗、CV和伏安分析推断出传感机理，其中传感器在整个湿度范围内表现出主要的电阻特性，在较高的相对湿度% (>50%)下增加了轻微的电容特性。基于TEDA的湿度传感器获得了极高的灵敏度，这是因为TEDA分子的固有结构和水分子与氮分子的静电相互作用的协同作用。最后，对湿度传感器的性能进行了成功的探索，用于监测人体呼吸速率和非接触式皮肤湿度传感器。总之，已经实现了一种湿度传感器，它可以作为一种可穿戴设备潜在地应用于非侵入性生理健康监测。

https://doi.org/10.1002/elan.201900327。