柔性可穿戴湿度传感器的研究进展

李浩宇 王海楼 魏发云 魏艳红 张 伟

1.南通大学 纺织服装学院,江苏 南通 226019;2.江苏集萃先进纤维材料研究所有限公司,江苏 南通 226000

随着智能物联网、量子通信技术以及微纳米电子信息工程等众多学科的交叉应用和高速发展,人们对身体的健康愈发关注,对生活舒适性的要求也越来越高。湿度作为环境中一个重要的参数,时刻影响人体的健康和生活舒适性,影响各工业生产的经济效益。然而,传统的湿度传感器存在一些缺点,如需电池或有线电源供电、体积大、质量大等,只能安放在一定的空间场合位置,难以满足小型化、轻便化、舒适美观、可穿戴的人体贴身需求。为应对传统湿度传感器的上述缺点,柔性可穿戴湿度传感器应运而生。柔性可穿戴湿度传感器具有体积小、质量小、佩戴便捷、美观等优点,并且已经实现物联网无线连接,能够以信号传送的方式将检测结果发送至手机、智能手环等终端,不仅能够满足人们对美的追求,还能对人体健康以及周围环境湿度进行远程实时监测。基于此,柔性可穿戴湿度传感器的研究得到越来越多的关注。不少学者从基体材料的选择、掺杂接枝改性以及结构的优化复合设计等方面,制得各种不同类型的柔性可穿戴湿度传感器。这些方法途径使得柔性可穿戴湿度传感器产品具有更好的灵敏度、稳定性和可靠性,在实际应用中具有更广泛的应用前景。

1 水分子吸附机制

水分子由2个氢原子和1个氧原子组成。氢原子的 1S2轨道和氧原子的外层 2S22P4轨道杂化形成2个 O—H键,键角为 104.5°[1]。由于电子会从氢原子上转移到氧原子上,水分子被极化,故氢原子带正电,氧原子带负电。由于静电引力的作用,相邻水分子之间形成氢键。水分子的四面体结构决定了每个水分子周围可以有4个氢键,多个水分子可通过氢键连接形成水簇而非单个分子,其分布则取决于大气湿度或水蒸气压力[2-3]。

当吉布斯自由能变化 ΔG等于使气态水分子进入吸附状态所做的功时,即发生吸附。自由能变化可以描述为[4]

(1)

其中:ΔG为吉布斯自由能变化,kJ/mol;P0和P分别为周围环境的水蒸气分压和吸附物的平衡蒸气压,Pa;V为体积,m3;R为气体常数,J/(mol·K);T为温度,K。

在等温等压条件下,水分吸附系统的焓变(ΔH)可以描述为

ΔH=ΔG+TΔS

(2)

其中:ΔH为焓变,kJ/mol;ΔS为熵的变化,kJ/(mol·K)。

当水分通过微弱的范德华力与吸附剂表面结合时,会发生物理吸附,这是一个放热和可逆的过程。因此,物理吸附剂通常具有吸附放热焓变低、活化能低、吸附/解吸速率高、可逆性和循环性能稳定等特点。物理吸附的吸附能力主要取决于表面积,常用的材料是高比表面积的多孔吸附剂,如硅胶、活性炭等。化学吸附是由水分子与材料表面之间形成的强化学键作用引起的,其吸附速率小,吸附过程不可逆,通常需要很高的活化能[5]。但与物理吸附相比,化学吸附的吸附能力更强,通常化学吸附放热值为 80～400 kJ/mol,而物理吸附的放热值相对较低,为20 kJ/mol或更低[6]。

2 湿敏材料概述

湿敏材料是一种物理特性随环境相对湿度变化而变化的材料。这些材料通常可用于制造湿度传感器,如聚氯乙烯、石墨烯、氧化锌、二硫化钼等。湿敏材料的种类如图1所示。每种湿敏材料都各具特色,适合不同的湿度感测应用需求。如:有机聚合物湿敏材料因成本低和易于制造而颇具吸引力;金属氧化物湿敏材料因其高灵敏度和稳定性而受到青睐;石墨烯湿敏材料则由于其高表面积和电导率而受到关注。

图1 湿敏材料的种类

2.1 有机高聚物

目前,聚合物主要分为天然聚合物和合成聚合物2类。湿度传感器的湿敏性能主要由官能团的亲水性决定,天然聚合物如纤维素、蛋白质等,以及合成聚合物如聚乙烯醇、聚乙二醇等,含有大量的羟基、羧基等亲水基团,可快速吸收空气中的水分子并形成氢键,从而改变其原来的结构和物理化学特性。

2.1.1 天然聚合物

在分子结构上,天然聚合物如纳米纤维素(CNF)[7-8]、细菌纤维素(BC)[9-11]、羧甲基纤维素(CMC)[12]等由重复单元的长链如糖或氨基酸等组成。这些天然聚合物的主链带有较多的亲水性基团,如纤维素中每个葡萄糖剩基带有5个羟基,蚕丝丝素蛋白中含有—CONH—、—NH2、—COOH等亲水性基团,这些材料不但具有生物相容性,还可制备成湿度传感器,在环境监测中广泛应用。

Chen等[13]开发出一种纸基折叠湿度传感器(POHS),其电容在6.4%～65.3%的相对湿度(RH)下变化不明显,而相对湿度高于65.3%时电容变化显著,因此这种湿度传感器适合应用于相对湿度高的场合。由低相对湿度(6.4%)切换到高相对湿度(90.0%)时,POHS的响应和恢复时间分别为155 s和58 s,其响应性仍需提高。在低相对湿度(6.4%)和高相对湿度(79.6%)下重复循环测试3个周期,POHS在不同湿度下的电容值基本不变,具有可重复使用性。在伸长率为5%～25%下拉伸循环1 000次后,与未拉伸相比,其响应性仍能良好保持。Guan等[14]通过缩水甘油基三甲基氯化铵(EPTAC)改性纤维素纸片制得湿度传感器,其中纤维素纸片既是湿度敏感材料,又是传感器基底。通过EPTAC改性,材料表面的亲水基团量增加,得到的传感器灵敏度提高,在相对湿度由11%切换到95%时,其响应时间从101 s缩短为25 s,并且这种材料可大规模制备。该纸基湿度传感器具有出色的湿度传感性能、良好的稳定性和广泛的应用性,可用于人体呼吸速率、皮肤湿度变化等的监测。

2.1.2 合成聚合物

近年来,相继出现了利用聚酰亚胺(PI)[15-16]、聚苯胺(PANI)[17-18]、聚碳酸酯(PC)[19]、聚乙烯醇(PVA)[20-21]及聚电解质[22]等合成高分子湿敏材料制备湿度传感器的相关报道。Karunarathne等[23]通过碘氢酸去除PVA基体中的部分—OH基制得湿度传感器,当相对湿度从7%升高至92%时,传感器的电阻从4.5 MΩ降至10.2 kΩ,而电容从100 nF减小至70 nF,相比电阻其仅略微变化,表明这种传感器是一种良好的电阻式湿度传感装置。当环境相对湿度由51%切换到92%时,室温下传感器的响应时间和恢复时间分别为224.6 s和56.3 s,其响应时间过长,不能随环境湿度的变化而快速响应,因此该传感器仍需进一步改进。

2.2 无机低分子物

相比有机高聚物类湿敏材料,无机低分子物湿敏材料的种类更广泛,有碳基材料、金属硫化物、金属氧化物以及钙钛矿等,这些无机低分子材料具有独特的分子排序结构和物理化学性质,在湿度感知和响应方面同样具有巨大的应用潜力。

2.2.1 碳基材料

在多种无机纳米材料中,炭黑[24]、石墨烯[25-26]、碳纳米管[27-29]及过渡金属碳/氮化物(MXene)[30-32]等碳基材料经氧化处理后,会引入氧原子和—OH基等官能团,这些官能团具有亲水性,能够有效、快速捕获环境中水分子。湿度增加时,水分子会与材料表面的官能团发生相互作用,导致材料的电学性质发生变化。可以通过测量电阻率或电容等电学信号检测湿度的变化[33]。贾砾[34]在PI湿敏薄膜表面喷涂氧化石墨烯(GO)溶液制备电容式柔性湿度传感器。在经1 000次弯曲后,传感器的湿敏特性与未经弯曲的相比没有下降,可知这种传感器具有良好的柔性和稳定的湿敏性;将传感器在11%与85%的相对湿度下切换循环3次,测得其响应时间与恢复时间分别为54 s和92 s,最大湿滞约为3%,表明这种传感器具有良好的响应性和可重复性。Ahmad等[35]采用聚氧化乙烯(PEO)/氧化铜(CuO)/多壁碳纳米管(MWCNT)复合纳米纤维制备电阻式湿度传感器,其中,CuO与MWCNT的质量比分别为1∶1和1∶3。研究结果显示,相对湿度从30%变化到90%,当CuO与MWCNT的质量比为1∶1时,PEO/CuO/MWCNT电阻式湿度传感器的响应时间和恢复时间分别为3 s和22 s;当CuO与MWCNT的质量比为1∶3时,响应时间和恢复时间分别为20 s和11 s。这是因为在CuO与MWCNT的质量比为1∶3的情况下,能够观察到一些团聚物的存在,这可能是大量的CuO和MWCNT聚集造成的。

2.2.2 金属硫化物

金属硫化物如二硫化钼(MoS2)[36-38]、二硫化钨(WS2)[39-40],[41]450、二硫化锡(SnS2)[42-44]、硫化钽(TaS2)[45]9285等是一类具有特殊分子结构和性质的材料,它的分子结构取决于金属和硫原子的比例以及它们之间的化学键作用:金属离子和硫离子以离子键相互吸引,形成规则的晶格结构,如Na2S;金属硫化物的层状结构,其中金属离子和硫离子以共价键的形式相互连接,各层之间通过范德华力相互堆叠,这种平行堆叠的层状结构使得金属硫化物具有较高的表面积,因而具有很好的湿敏性能[46],如MoS2和SnS2等。

Feng等[45]9287以多孔聚合物作为基底材料、不同形状结构的TaS2作为湿敏材料制得湿度传感器。研究结果表明,TaS2纳米片传感器的响应时间和恢复时间分别为0.6 s和2.0 s;八角星型TaS2传感器的响应时间仅为0.2 s,但恢复时间为3.0 s;TaS2微球传感器的响应时间和恢复时间分别为1.1 s和2.4 s。综合分析这3种不同形状结构TaS2湿敏材料的响应恢复性可知,TaS2纳米片传感器的湿度灵敏度传感性能更佳。Guo等[47]以WS2薄膜作为湿敏材料、石墨烯作为电极,在聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性基板上制得湿度传感器。研究结果显示,在相对湿度为35%和40%之间循环3个周期,湿度传感器的响应时间和恢复时间保持稳定,分别约为5 s和6 s,表现出快速响应性和可重复性。这种温度传感器可贴合在人体皮肤上并在肌肉运动时对汗水产生独特的传感反应,还可用在实时监测人体呼吸动态等医疗保健领域。

2.2.3 金属氧化物

近年来,一些普通金属氧化物和过渡金属氧化物的纳米颗粒也逐渐被用作湿度传感材料。二氧化钛(TiO2)[48-50]、氧化锌(ZnO)[51]293,[52]126436、二氧化锡(SnO2)[51]293,[52]126436,[53]、CuO[54]1982等纳米颗粒是由金属原子和氧原子通过共价键相互连接形成的,金属原子通常被氧原子包围,形成稳定的多维晶格结构。金属氧化物吸湿后,一是可能会发生晶体结构的变化,如TiO2吸湿后可能发生相变,转变为金红石结构,而这种结构的变化会导致晶体参数的变化和晶体形态的改变;二是水分子可以与金属离子形成氢键或者配位键,从而改变金属氧化物中离子的配位环境;三是吸湿可能会改变金属氧化物晶体结构的稳定性,如一些金属氧化物在吸湿后可能发生水合反应,形成水合物,从而改变晶体的稳定性。这些因素最终间接影响材料的电阻等物理性质。

Li等[51]294研究发现,ZnO/SnO2复合材料比纯SnO2材料具有更大的比表面积,可以吸附更多的水分,用其制备的湿度传感器响应特性更好。ZnO还有助于在ZnO/SnO2复合材料表面产生富氧空位,使复合材料能够吸附大量的水分,并迅速将水分子分解为导电离子,提高ZnO/SnO2湿度传感器的响应和恢复速度。Wu等[55]使用酶分解法制备纳米纤维素(CNC)并研发出一种具有良好柔韧性的TiO2/CNC湿度传感器,他们将带正电荷的纳米TiO2吸附在带负电荷的CNC表面,并采用静电自组装工艺得到导电纤维,再用其制备湿度传感器。所得TiO2/CNC复合材料具有良好的柔韧性,断裂伸长率达57.82%,拉伸强度达44.66 MPa。同时,制成的湿度传感器湿度响应性好,响应和恢复速度快,折叠耐久性较强,并且还具有长期稳定性。

2.2.4 钙钛矿

钙钛矿如氯化亚锡酸铯(Cs2SnCl6)[56]805,[57]和铌酸钠(NaNbO3)[58],[59]833等也可作为湿度敏感材料。钙钛矿的分子结构是一种典型的立方结构,其晶格通常由单元的立方晶胞组成。它通常由一种化学式为ABX3的化合物组成,各元素的原子数比为1∶1∶3[60]。在这种结构中,A离子是较大的阳离子,通常是碱土金属离子,如Cs+等;B离子通常是较小的过渡金属离子,如Sn4+等。这些离子以一定的方式排列在晶体结构中,形成特定的三维结构[61]。一些钙钛矿材料对水分敏感,吸湿后晶体结构会发生变化,甚至晶体结构遭到破坏。水分的存在会引发晶体中离子迁移、水合反应或电荷分离等,从而影响晶体的稳定性和电学性能。基于此,钙钛矿材料可以用作湿敏材料,用于制备湿度传感器。

Chang等[56]811以Cs2SnCl6薄膜为湿敏材料制备超高响应湿度传感器,所得传感器具有快速响应恢复性和优异的长期稳定性,并且该传感器的检测限度很低,能够检测到非常微小的湿度变化。Gu等[59]836采用静电纺丝方法制得无铅单斜晶结构NaNbO3压电纳米纤维,用PDMS软聚合物通过旋涂和固化工艺封装NaNbO3纳米纤维的表层,制得柔性湿度传感器。因水分子的表面吸附能够导致钙钛矿NaNbO3纳米纤维的导电性大幅增强,因而材料在室温下对水分子表现出超高的灵敏度。NaNbO3纳米纤维还具有出色的压电特性,在环境相对湿度为5%～80%时,该传感器产生的输出电压与相对湿度呈负相关,输出电压的峰值从0.40 V降至0.07 V,原因是NaNbO3纳米纤维压缩后再释放,电子会沿着外电路流回正极,并产生电压峰值。此外,沿NaNbO3纳米纤维轴向施加的电场可能导致H+在NaNbO3纳米纤维表面吸收的H3O+之间迁移。因此,当压缩运动产生压电势时,NaNbO3纳米纤维表面会产生额外的电流。当环境湿度变化时,纳米纤维表面的质子浓度发生变化,从而影响输出电压值。

3 柔性可穿戴湿度传感器类型

根据作用机制的不同,目前柔性可穿戴湿度传感器主要分为电阻式、电容式和电压式3种类型。

3.1 电阻式柔性湿度传感器

电阻式柔性湿度传感器的湿敏材料不作为介质材料,而是作为导电材料使用[62]。湿敏材料通常为金属氧化物或导电纳米材料等。随着环境湿度增加,湿敏材料的电阻下降,电阻变化范围为1～1 000 kΩ。电阻随环境湿度变化而改变的原因是水分子在湿敏材料表面聚集,导致水分子中的—OH电离,电荷移动途径增加,促进了吸湿层电子/离子的快速传导[63]。电阻式柔性湿度传感器被广泛应用于一些可穿戴设备如智能鞋垫领域,制成的鞋垫可以通过监测用户脚部湿度的变化,推断用户的出汗量,进而提供关于用户健康状况的信息。

Kumar等[64]通过在柔性基板上合成γ-Fe2O3-rGO纳米杂化物薄膜制得电阻式柔性湿度传感器。这种湿度传感器的电阻随着湿度的增加而显著降低,在相对湿度为5%和97%之间重复循环4次测试湿度传感器的响应性,发现其响应时间和恢复时间保持稳定。Hashim等[65]采用PVA/聚环氧乙烷/CuO制备了电阻式柔性湿度传感器。研究结果表明,随着相对湿度和工作频率的增加,传感器的电阻逐渐降低。Ouda等[66]将GO悬浮液滴铸在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板上制得电阻式柔性湿度传感器。研究结果显示,在50 Hz～100 kHz频率下,该传感器的电阻随着相对湿度的增加而降低,且在50 Hz频率下,传感器阻抗随着相对湿度的增加呈线性下降趋势,而在较高的频率下,传感器阻抗变化较小(图2)。原因是水分子无法在较高的频率下极化。在50 Hz频率下按式(3)计算该湿度传感器在相对湿度为7%～97%时的灵敏度(Z)

(3)

图2 不同条件下传感器电阻与相对湿度的关系曲线

其中:R7为相对湿度为7%时的电阻值;R97为相对湿度为97%时的电阻值;M97和M7分别为相对湿度值95%和7%。

计算结果显示,该湿度传感器的灵敏度为1.67 MΩ/%。湿度传感器的电阻与相对湿度的关系拟合曲线最小乘法回归系数R为0.996 63,如图2b)所示。湿度传感器吸附和脱附过程中的差异通过式(4)计算湿度迟滞(H):

(4)

其中:RD和RA分别为吸附和脱附过程中传感器的电阻。湿度迟滞主要是由于相同相对湿度下水分子吸附和脱附之间的差异引起的。研究结果显示,传感器最大湿度迟滞率为5.09%[图2c)],表明该传感器具有良好的可逆性。

3.2 电容式柔性湿度传感器

电容式柔性湿度传感器是另一类典型的湿度传感器,电容式柔性湿度传感器通常使用湿敏材料作为电容的吸湿介质,而非导电材料。由于湿敏材料本身的介电常数较小,当相对湿度发生改变时,湿敏材料开始吸/脱附水分子,而水分子会与湿敏材料内部产生电离,导致湿敏材料的介电常数随之改变[67]。目前,日常生活中使用的智能手环和健康监测衬衫,均已成功集成了电容式柔性湿度传感器,这些设备可通过监测用户皮肤表面的湿度变化,显示人体出汗量等信息,为用户提供个性化的运动建议。

理论上,湿度传感器的电容与电极面积、介质厚度、静电力常数及介电常数有关,而静电力常数、电极面积和介质厚度为定值,湿度传感器的电容变化主要是由湿敏材料吸/脱附水分子引起介电常数变化引起的。湿度传感器的电容C与介电常数εe成正比,其计算式见式(5)。

(5)

其中:C为湿度传感器的电容,nF;S为电极面积,cm2;d为介质厚度,cm;k为静电力常数;εe为介电常数。

根据电容式传感器整体宏观结构,其可划分为平行板型电容结构和叉指型电容结构,如图3所示。在2种结构中,平行板型电容结构的上下电极起保护作用,可使湿敏材料活性层免受灰尘等杂质污染,并且其因面积相对较大,电容量也较大,灵敏度较高,但响应时间和恢复时间通常较长[68]。叉指型电容结构具有易于制造,在较低湿度水平下灵敏度更好的优点,且响应时间短,这归因于叉指型电容结构的湿敏材料表面无金属电极等遮挡,水分子能够直接进入敏感层内部,但相比平行板型电容结构湿度传感器,其容易受环境杂质等因素的影响。

图3 2种不同电容结构的电容式柔性湿度传感器

吕文等[41]453制备了一种以WS2纳米片为湿敏材料的PI基电容式柔性湿度传感器,其电容随着相对湿度的增加而升高,如图4a)所示,其中,灵敏度f定义为

(6)

图4 不同条件下传感器电容与相对湿度的关系曲线

式中:Ca和Cb分别是相对湿度为Ha和Hb时电容式柔性湿度传感器的电容,nF。

研究表明,相对湿度为25%～60%时,电容式柔性湿度传感器的灵敏度为0.93 pF/%;而相对湿度为60%～80%时,其灵敏度达50.42 pF/%,是低湿度下的54.2倍。由此可知,传感器在高湿度下具有更高的湿度灵敏度。从低湿度(24%)环境转换到高湿度(85%)环境,电容式柔性湿度传感器的响应时间和恢复时间分别为11 s和26 s[图4b)]。在15 d的时间内每隔3 d记录一次传感器在相对湿度分别为25%、40%、55%、70%和85%时的电容,结果如图4c)所示。可以看出,随着测试时间的延长,传感器的电容变化波动较小,表明其具有较好的长期稳定性。Rahim等[54]1987采用原位聚合法制备了聚苯胺(PANI)-氧化铜湿度传感器,结果显示,该湿度传感器的电容同样随着湿度的增加而增大。在相对湿度为30%～90%时进行5次循环后发现,传感器的电容变化微小;在30 d的时间内每隔5 d测试一次传感器的电容后发现其值基本不变,表明该湿度传感器具有长期稳定性。

3.3 电压式柔性湿度传感器

电压式柔性湿度传感器的电势与材料中离子和电子的分布有关。当材料吸附水分子时,离子的内部分布发生变化,材料的电势发生改变。电压式柔性湿度传感器的传感材料通常是金属氧化物或金属硫化物,其通过电势改变响应相对湿度的变化。

Yu等[69]制备了通过摩擦纳米发电机来驱动的高灵敏度 rGO-TiO2湿度传感器,在0%～95%的相对湿度下放置30 d,每隔10 d测试一次传感器的输出电压,结果发现,该湿度传感器具有较高的长期稳定性,可用于对人体呼吸的长期监测。Guo等[70]将PVA/MgCl2溶液与纳米碳粉超声混合制备湿敏材料,用于制作自供电柔性湿度传感器。将该湿度传感器在33%～98%的相对湿度下放置30 d,每隔5 d在不同湿度水平下测试传感器的响应电压,发现其在33%～57%的相对湿度下电压值保持稳定,在75%～98%的相对湿度下电压值出现一定幅度的下降,但整体响应性保持在较高水平。Zhang等[71]以SnS2/rGO为湿敏材料制备了PET基摩擦发电型湿度传感器(TEHS),研究发现其电压随着相对湿度的增加而降低,如图5a)所示。分别在0%～33%、33%～97%的相对湿度环境下测试TEHS的响应性。结果显示:相对湿度由0%转换到33%的情况下,响应时间和恢复时间分别为4 s和3 s;相对湿度由33%转换到97%的情况下,响应时间和恢复时间则分别为6 s 和15 s[图5b)]。由水分子在高分子材料中的吸/脱附机制可知,高湿度下水分子的吸/脱附时间更长。为了进一步研究TEHS的长期稳定性,在28 d时间内每隔7 d分别在33%、52%、75%和97%的相对湿度下测量TEHS的电压,发现电压值基本稳定不变,如图5c)所示,表明TEHS具有良好的耐久性。

图5 不同条件下TEHS电压与相对湿度的关系曲线

4 结语

目前,传统的湿度传感器通常以强度高、刚性大的合成高分子材料如聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯为基底,多采用陶瓷或硅片作为湿敏材料制成。尽管这种湿度传感器的发展已相对成熟,但由于材质刚硬、响应性低,只能应用于日常室温环境下的监测,无法满足人体可穿戴使用的要求。与传统湿度传感器相比,可穿戴用柔性湿度传感器具有体积小、质量小、柔韧性良好以及灵敏度高等特性,被用于智能纺织服装、可穿戴电子设备等领域。柔性可穿戴湿度传感器的吸湿主要依靠水分子的物理、化学吸附机制,其采用的湿敏材料主要有天然高聚物、合成高聚物,以及一些碳基材料、金属氧化物、金属硫化物和钙钛矿等无机低分子物。柔性可穿戴湿度传感器的湿度信号变化可通过电阻、电容及电压信号表达,即柔性可穿戴湿度传感器主要可分为电阻式、电容式和电压式湿度传感器。其中,电阻式湿度传感器的电阻随环境湿度的增加而逐渐减小,且随着交流频率增大其灵敏度降低,在频率为50 Hz下,电阻与湿度具有高线性相关性,并且由湿度迟滞曲线可知,电阻式湿度传感器具有良好的可重复使用性。电容式湿度传感器分为平行板型和叉指型2种结构,电容值通常随着湿度的增加而升高。相比电阻式湿度传感器,电容式湿度传感器响应恢复性好,耐久性强,可重复使用数天而响应性能基本无变化。电压式湿度传感器往往既可以作为电压传感使用,又可利用湿气发电,具有自供电传感一体化的特性,其电压随着湿度的增加而减小。电压式湿度传感器响应恢复时间短,可循环使用性强。上述3种湿度传感器各有其特点,可在生物医疗机械、智能手环及植物生长监测等多个领域广泛应用。未来有望实现自供电与传感相结合的智能可穿戴微型器件的产业化,从而使湿度监测更加科技化、便携化和舒适化。