随着社会快速的发展,电子式湿度传感器已经广泛应用于工业生产、货物存储、气象监测、农业生产和居家生活等领域。其中电阻型的湿度传感器由于对湿度检测具有灵敏度高、信号易测量等优点,成为了目前发展较为迅速的一种湿度传感器。如今,随着可穿戴电子设备的发展,柔性、小型化和低成本的湿度传感器已成为新的发展趋势。传统的湿度传感器大部分是通过在基于硬质陶瓷衬底的叉指电极上构建湿敏涂层来制备的,无法满足柔性和可穿戴等需求。目前,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等材料正被尝试应用于湿度传感器的衬底材料,然而传统的湿敏涂层制备方法通常涉及有机溶剂或高温固化,不仅不环保,还会对柔性衬底以及衬底表面的电极产生破坏,使传感器的可靠性变差,所以需要开发出新的适合柔性衬底的湿敏涂层制备方法。本文开发了一系列绿色环保且不涉及高温固化的碳纳米管复合物以及聚电解质等湿敏材料,以印有碳叉指电极的PET材料为衬底,探究合适的湿敏涂层制备方式,制备了柔性的电阻型湿度传感器,为柔性传感器的制备和性能优化提供了新思路。1、单宁酸-聚乙烯亚胺修饰碳纳米管湿敏涂层的制备及性能研究通过π-π相互作用将单宁酸吸附于碳纳米管表面,然后通过单宁酸(TA)与聚乙烯亚胺(PEI)之间的迈克尔加成和席夫碱反应,使两者在碳纳米管表面发生原位交联来实现对碳纳米管的表面改性,所制备的改性碳纳米管(CNT-TA-PEI)由于表面修饰了大量的单宁酸与聚乙烯亚胺复合物,不仅可以稳定分散在水中,还具有较好的成膜性。将CNT-TA-PEI配置成水分散液并采用滴涂的方式沉积在柔性叉指电极上构建了湿敏涂层。研究了TA、PEI与CNTs的投料比等条件对所得涂层湿敏性能的影响。研究表明:随着湿敏涂层中碳纳米管含量增加,涂层的电阻和响应值逐渐降低;随着TA含量的增加,湿敏涂层的灵敏度会逐渐增加,并达到平衡;随着PEI含量的增加,湿敏涂层的灵敏度会先增加后减小。当TA和CNTs的投料比为2:1、PEI和CNTs的投料比为1:1时,湿敏涂层的湿敏性能较为优异,检测范围为6%-91%RH,湿滞为14%RH。另外对湿敏涂层进行了弯曲测试,可以发现涂层具有较好的柔性性能。2、光固化碳纳米管复合湿敏涂层的制备及性能研究将碳纳米管分散在光固化树脂中,采用一步光固化法制备了柔性湿敏涂层。首先,通过球磨工艺将碳纳米管和光引发剂分散在光固化树脂中,光固化树脂由疏水的环氧大豆油丙烯酸酯(AESO)和含亲水基团的丙烯酸酯类树脂组成。然后采用旋涂法将混合物涂覆在柔性叉指电极表面制备成膜,采用光固化的手段使膜固化,制备得到光固化碳纳米管湿敏涂层。探究了碳纳米管含量、光固化树脂中亲水组分的结构及亲疏水组分的比例对湿敏性能的影响。研究表明:随着碳纳米管含量的增加,湿敏涂层的响应先增加后减小,当碳纳米管的含量为3.3 wt%时,湿敏涂层的响应最佳;当亲水组分为具有长亲水链的聚乙二醇甲氧基丙烯酸酯(PEGA)时,湿敏涂层不仅具有更高的响应值而且具有优异的回复性能;随着PEGA含量的增加,湿敏涂层的响应值不断增加,当PEGA的含量达到43 wt%,即AESO:PEGA=4:3时,湿敏涂层的湿敏性能较为优异,检测范围为6%-84%RH,湿滞约为7%RH,而且具有较好的重复性和长期稳定性;湿敏涂层在11%RH和75%RH之间的响应和回复时间分别为116 s和109 s。对湿敏涂层进行弯曲测试,可以发现湿敏涂层具有足够的柔韧性,电阻变化很小,可以被应用于一些柔性电子设备中进行湿度的实时监测。3、光固化聚电解质湿敏涂层的制备及性能研究以带有双键的季铵盐为湿敏单体、甲基丙烯酸甲酯为疏水单体、1,6-己二醇二丙烯酸酯为交联剂,通过室温光固化交联的方法构筑了具有交联结构的柔性聚电解质湿敏涂层。研究了疏水单体和交联剂的引入、亲水性的季铵盐单体和疏水单体的比例等条件对湿敏性能的影响,并利用交流阻抗谱探究了湿度传感器的湿敏机理。研究表明:与单纯的聚电解质构建的湿敏涂层相比,疏水单体的引入可以显著提高湿敏涂层在高湿下的重复性,而交联剂的引入可以进一步提高涂层的稳定性;随着疏水单体甲基丙烯酸酯含量的增加,湿敏涂层的响应不断增加,但是检测范围会缩小,当甲基丙烯酸甲酯含量为75wt%,所制备的湿敏涂层具有较好的湿敏性能,检测范围为22%-91%RH,湿滞非常小,仅为2%RH;而且涂层显示出良好的耐水性和长期稳定性,克服了纯电解质湿敏涂层不耐高湿的缺点;湿敏涂层具有较快的响应速度,在22%RH和43%RH之间的响应和回复时间分别为5 s和76 s。湿敏涂层的弯曲测试表明,所制备光固化聚电解质湿敏涂层具有优异的柔性性能。另外,整个制备方法简便易行、快速高效、绿色环保,有望被应用于一些柔性湿度传感器的制备,从而实时监测湿度的变化。