基于PTFE微孔材料的MEMS无源无线湿度传感器
湿度不仅是气象监测中的一个重要参数，在农业种植、工业控制和医疗领域等方面也发挥着重要作用。近些年，随着可穿戴电子设备、电子皮肤、柔性显示等概念的兴起，越来越多的研究人员开始关注柔性湿度传感器。常见的柔性衬底有聚酰亚胺（PI）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等，和这些材料相比，疏水聚四氟乙烯（PTFE）微孔材料具有化学性质稳定、耐高低温、机械性能优良等特点，并且它的疏水特性和微孔结构使其表现出极佳的透气性，因此更适合作为柔性湿度传感器的衬底材料。此外，湿度传感器面临多种复杂的应用环境，而有线湿度传感器往往不适用于恶劣环境、密闭空间以及旋转条件等，因此需要开发环境适应性更好的无源无线湿度传感器，本文设计并制备了一种以疏水聚四氟乙烯微孔材料为衬底的LC无源无线湿度传感器。主要工作如下： （1）提出了一种基于疏水聚四氟乙烯微孔衬底的湿敏电容，湿敏材料是氧化石墨烯（GO）。介绍了湿敏电容的结构和制备工艺，测试了湿敏电容的静态和动态特性，结果表明在30％RH~90%RH的范围内，湿敏电容的灵敏度为20.68fF/%RH，最大回滞为2.51%RH，响应时间为10秒，恢复时间为3秒，并验证了疏水聚四氟乙烯微孔衬底的背面感湿特性。 （2）为了解决氧化石墨烯在高湿条件下的漏电损耗问题，在叉指电极和氧化石墨烯之间通过静电纺丝工艺制备了网状聚偏氟乙烯/聚四氟乙烯（PVDF/PTFE）隔离层，研究了纺丝溶液用量、聚四氟乙烯掺入量以及静电纺丝速度三个因素对湿敏电容性能的影响。 （3）在湿敏电容的基础上，设计并制备了基于疏水聚四氟乙烯微孔衬底的LC无源无线湿度传感器。测试了传感器的静态和动态特性，结果表明在30%RH~75%RH的范围内，传感器的灵敏度为11.689kHz/%RH，最大回滞为3.25%RH，响应时间为4秒，恢复时间为2秒，但是传感器在90%RH条件下谐振频率难以分辨。通过增加静电纺丝隔离层，传感器在高湿下的品质因数有了明显的改善，提高了传感器的湿度检测范围。
无线湿度传感器;疏水聚四氟乙烯;聚四氟乙烯;电容性能;微孔材料
东南大学
硕士
微电子学与固体电子学
黄见秋
2022
中文
TP212
2023-08-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）