基于碳纸的多功能柔性湿度传感器，拓展人机交互新边界
在日常生活及众多工业领域，如食品生产、医疗健康、农业、汽车、电子、纺织制造和航空航天中，湿度传感器的应用至关重要。为实现更高的灵敏度、更低湿度检测能力以及更好的物联网（IoT）集成度，研究者们正致力于探索聚合物、金属有机框架（MOF）、二维材料和纳米材料等新型材料，以推动更小型化、柔性化的湿度传感技术发展，满足可穿戴设备和自供电电子产品等现代人机界面（HMI）的需求。
据麦姆斯咨询报道，韩国济州大学与巴基斯坦国立科技大学组成的联合研究团队，近期研发出一种基于碳纸的柔性湿度传感器。该传感器充分利用碳纸的多孔结构、亲水与疏水官能团以及良好的生物相容性，展现出对相对湿度（%RH）变化的高灵敏度与稳定响应，具备成为多功能HMI应用的理想候选材料的潜力。该成果以“A Sustainable and Flexible Carbon Paper-Based Multifunctional Human–Machine Interface (HMI) Sensor”为题，发表于《Polymers》期刊。
图1 本研究的图文摘要
研究人员通过一种经济且高效的制备策略，成功开发出适用于多功能HMI的高性能湿度传感器。碳纸作为传感基底，配合银（Ag）导电墨水笔，采用手绘方式绘制叉指电极（IDE），极大简化了电极制备流程。整个图案化过程仅需不到2分钟，无需使用任何化学试剂或有害物质，有效保障了传感器的生物相容性与用户友好性。
图2 基于碳纸的湿度传感器制备示意图
这种由手绘工艺构建的湿度传感器表现出优异的性能指标，包括响应/恢复时间分别为12秒和24秒，检测湿度范围为30%至85%，滞后仅为1.1%，且在1个月内保持稳定，重复性良好。这些性能的实现主要依赖于碳纸的高孔隙率、亲水性和渗透性。
图3 基于碳纸的湿度传感器电气特性
图4 基于碳纸的湿度传感器机械稳定性
为验证其在实际应用中的表现，研究人员对传感器进行了多项功能测试。结果显示，该传感器具备出色的柔韧性，能够在不同弯曲半径下经受100次循环测试，适用于集成到多种可穿戴设备中。它可用于呼吸监测（支持口腔和鼻腔检测）、接近感应（感应距离1~10厘米）以及摩斯电码演示。这种低成本、高效且简便的制备方式，为湿度传感技术的可持续发展提供了新的方向。
图5 基于碳纸的湿度传感器的多功能应用
该研究成功开发出一种基于碳纸的高性能湿度传感器，不仅具备优异的电学和机械性能，而且制备流程简单，仅需导电银墨水笔与定制掩膜即可完成电极绘制，无需复杂设备。这种传感器可广泛应用于环境监测、医疗健康以及智能设备等多个领域，为下一代高灵敏、低成本、易集成的湿度传感器设计提供了切实可行的技术路径。
论文信息：https://doi.org/10.3390/polym17010098
延伸阅读：
- 《盛思锐气体传感器SGP40产品分析》
- 《盛思锐气体传感器SGP30产品分析》
- 《可穿戴传感器技术及市场-2025版》
- 《传感器技术及市场-2024版》
- 《印刷和柔性传感器技术及市场-2024版》
- 《电子皮肤贴片技术及市场-2022版》