前言

湿度是工业和日常生活中的一个重要指标，湿度传感器能够感知特定的测量值，并根据一定的规则将其转换为可用的信号，应用于环境、农业、工业和卫生等各个领域。由于便携式医疗设备的快速发展和健康监测的巨大需求，可穿戴式湿度传感器在健康监测中的应用越来越受到重视。尽管压力传感器是一种常见的呼吸检测器，但它的缺点是机械稳定性较差。众所周知，呼吸中的水分水平也可以反映人的新陈代谢和健康，因为呼吸速率几乎总是与心率相关的。因此，在这种非侵入性方法中可以获得来自呼吸的丰富数据，并且提供了监测隐藏症状和诊断疾病的方法。可穿戴式湿度传感器为构建智能医疗监护仪提供了巨大的应用空间。

研究内容

重庆大学的研究人员采用激光碳化聚酰亚胺薄膜法，以新型LIG为叉指电极，在LIG电极上滴涂未经任何修饰的氧化镓溶液作为敏感层，制备了一种最简单的三明治结构湿度传感器。柔性湿度传感器的主要传感原理是电容性的，这是基于在11 %相对湿度-97 %相对湿度下，20赫兹至10千赫兹频率范围内传感层电容的变化。为了获得最佳的湿度传感器，制作了不同厚度的氧化铟镓薄膜和叉指电极尺寸的氧化铟镓薄膜。用扫描电镜对器件的结构进行了表征。根据响应/恢复时间、循环、可逆、灵活、机械稳定性来测量最佳湿度传感器的性能。从电极的角度提出了一种改进湿度传感器的有效方法。

实验方法

首先，将厚度为100微米的聚酰亚胺薄膜切割成矩形(25毫米×35毫米)作为基底，然后用透明胶带固定在载玻片上。接下来，利用波长为1060纳米、最大功率为75 W的CO2激光器照射聚酰亚胺膜。激光的扫描速度被设定为60毫米/秒的固定值，并且可以手动调节适当的功率以获得合适的多孔结构。LIG用作交叉电极，然后通过在接合处涂覆导电银膏来增强电接触，从而将铜线用于器件两个边缘的电极。最后，用移液枪将GO溶液滴在LIG上。然后将装置放入通风柜中，在室温环境下自然干燥一夜，形成均匀的氧化石墨烯薄膜。

(a)湿度传感器制备示意图和(b)交叉指型电极。

(a)LIG制备工艺示意图；(b)LIG的拉曼光谱、XPS光谱(c、d)和(e-g)扫描电镜图像。

（a）距离传感器3、6、9厘米处的鼻子和嘴的电容响应；(b，c)对快速、正常和深呼吸的电容变化响应。

湿手指和干手指对非接触传感的电容响应和局部放大。

结论

研究人员提出了一种改进湿度传感器性能的新策略，研制了基于GO敏感层和多孔网络电极的高性能湿度传感器。利用激光诱导法制备多孔石墨PI薄膜作为基底。此外，详细探讨了叉指电极尺寸和敏感层厚度对传感性能的影响。结果表明，减小敏感层厚度可以提高湿度传感器的灵敏度，减小叉指电极尺寸可以缩短响应和恢复时间。当电极尺寸为0.2毫米，去离子水的滴加量为0.1毫升时，性能较好。调整电极可以有效地提高湿敏性能，这归因于丰富的多孔结构增加了亲水表面积。不仅如此，这种传感器可以有效地监测不同器官、速率和距离的呼吸。以非接触方式监控湿度，不仅可以识别手指和木材，还可以识别不同的距离。

10.1016/j.snb.2020.128790。