基于聚四氟乙烯微孔材料的无源无线柔性湿度传感器研究

With the rise of flexible electronics, flexible humidity sensors should be the next-generation MEMS humidity sensors. However, sensitive materials have attracted most attention in this field and the researches on substrate, package and measurement technology have been neglected. In this project microporous PTFE, an excellent material, will be used as the substrate material and the package material. The technology of fabrication, package and measurement will be studied base on a deformable microporous PTFE substrate. The innovations of this project include: (1)development of a flexile humidity sensor on a new substrate material,(2)a fully encapsulated high performance flexile humidity sensor and (3) passive wireless measurement technology base on a flexible bi-layer inductor structure. Through the study, further understanding of the microporous PTFE substrate will be achieved and a fully encapsulated, high performance, low cost passive wireless flexible humidity sensor will be developed. It will provide a useful technical path for the flexible humidity sensors.

随着柔性电子技术的兴起，MEMS湿度传感器的柔性化是发展的必然趋势。然而，多数研究者集中于敏感材料的开发却忽视了相关衬底材料、封装技术和测试技术的研究，限制了柔性湿度传感器的发展。本项目利用聚四氟乙烯微孔材料良好的物理和化学特性，将其作为柔性湿度传感器的衬底材料和封装材料，考虑到柔性湿度传感器的形变特点，综合研究基于聚四氟乙烯衬底的传感器制备、封装和测试技术。本项目的创新点包括（1）新型衬底材料上的柔性湿度传感器开发（2）全包封的高性能柔性湿度传感器器件（3）基于柔性双层电感结构的无源无线检测技术。通过本项目的研究，将对聚四氟乙烯微孔材料衬底具有更深入的理解，同时，获得一种高性能、低成本、全包封的无源无线柔性湿度传感器器件，为柔性湿度传传感器研究提供一条有益的技术路径。

柔性湿度传感器在可穿戴电子、医疗设备和物联网中都具有众多潜在应用。为了获得高性能的柔性湿度传感器，需要对传感器衬底材料进行仔细考量。本项目针对基于疏水性多孔PTFE衬底的无线柔性湿度传感器展开研究。基于这种特殊的衬底材料，提出了多种柔性湿度传感器器件，包括基于黑磷烯的阻抗式湿度传感器、基于氧化石墨烯的电容式湿度传感器和基于LC谐振结构的无源无线湿度传感器。研究了这些传感器的设计和制造技术，建立了水蒸气通过相关传感器扩散模型以及LC无线湿度传感器节点的电气模型。开发了疏水PTFE衬底预处理工艺，提高了传感器的成品率。通过多孔隔离层材料的引入扩展了无线湿度传感器的测量范围。通过本项目研究，获得了基于疏水PTFE多孔衬底的柔性湿度传感器设计方法和制造技术。只背了包括快速响应无线湿度传感器在内的三种柔性湿度传感器，其性能符合项目预期要求。项目执行期间，共发表论文8篇。其中SCI论文5篇，EI论文3篇。申请中国专利4项，培养硕士研究生5人。