前言

湿度传感器是一种可以量化周围环境中水蒸气的传感器。湿度传感器在食品、生物医学、供暖、通风和空调(暖通空调)行业的广泛应用中非常重要。湿度测量系统已经开发出各种类型的转换技术、材料和制造工艺。湿度传感器通常使用基于微机电系统的技术制造。然而，这种制造工艺包括使用复杂的制造步骤以及使用相对昂贵的设备。此外，湿度传感器通常制造在刚性基板上，从而导致传感器对于柔性平台而言不够共形。与传统湿度传感器相关的缺点可以通过使用附加印刷制造工艺来克服。

研究内容

堪培拉大学的研究人员报道了一个柔性电阻为基础的湿度传感器与导电多壁碳纳米管传感层的制作。采用丝网印刷技术在柔性聚酰亚胺基底上沉积银油墨，制作了叉指电极和曲折型导电加热器。采用凹版印刷工艺在柔性聚酰亚胺基底上沉积了多壁碳纳米管墨水基传感层。此外，加热器也是使用丝网印刷银油墨单片制造的，以减少滞后现象。对印刷电极和多壁碳纳米管传感层进行了表面形貌表征。通过研究印刷湿度传感器对不同相对湿度的电阻响应来研究其性能。

实验方法

使用杜邦公司的柔性聚酰亚胺薄膜(Kapton 500HN)作为基材。导电银油墨(银800)来自应用油墨解决方案，用于集成电路和曲折加热器。吸湿羟乙基纤维素和聚乙烯聚吡咯烷酮(PVPP)聚合物分别用作多壁碳纳米管油墨中的聚合物基质和粘合剂。使用陶氏化学公司的ECOSURF作为表面活性剂。西格玛-奥尔德里奇化学公司的乙二醇二乙酸酯和去离子水分别用作银800和多壁碳纳米管/羟乙基纤维素油墨的清洗溶剂。传感器通过电连接器(P100-E4-250-G)连接。

MWCNTs墨水配方:(1) MWCNTs墨水配方中涉及的步骤和(2) MWCNTs墨水的照片。

带有加热器和传感器层的印刷湿度传感器。

印刷传感器对加热器电压的相对电阻响应。

(a)    加湿(20%至80%相对湿度)和除湿(80%至20%相对湿度)的动态电阻响应，以及(b)印刷湿度传感器的校准曲线。

湿度传感器的动态电阻响应是湿度和温度的函数。

结论

使用丝网印刷和凹版印刷工艺成功地制造了具有加热器的柔性电阻式湿度传感器。通过将传感器周围的环境%相对湿度从10%相对湿度变化到90%相对湿度，并记录传感器的电阻响应，来研究传感器的性能。据观察，传感器电阻随着湿度水平的增加而增加，反之亦然。实验表明，与10%相对湿度相比，传感器在90%相对湿度下的总电阻变化约为55%。在70%相对湿度下，计算出传感器电阻响应的最大滞后约为5.1%。结果表明，采用增材制造工艺开发具有成本效益、灵活、高度可重复性和可再现性的湿度传感器的可行性，有望在多种工业和消费产品中得到应用。未来的工作重点是通过研究传感层的面积和厚度对不同相对湿度的影响，在响应时间方面优化印刷传感器的性能。

DOI：10.1109 / JSEN.2020.3002951。