随着医疗卫生、化学合成、智能制造等领域对湿度的精密检测和控制需求的增加，湿度传感器得到了迅速发展。光纤相对湿度传感器因其体积小、灵敏度高、柔韧性好、抗电磁干扰能力强等诸多突出优点而备受关注。提高湿度传感器性能最常见、最有效的方法是在光纤上集成湿敏材料，以提高传感器的灵敏度、吸湿性能和脱水性能。在已经报道的几种湿敏材料，例如，聚电解质、聚酰亚胺(PI)、琼脂糖、生物材料等都具有较高的脱水性能。然而，高性能只是故事的一半。另一个常常被忽视的因素是耐水性。因为许多吸水性好的湿敏材料都是水溶性的。感湿材料容易膨胀、收缩、在长时间使用下从传感器上脱落或剥落。这种情况在高湿或暴露的环境中会加剧，从而使它们在高温、高湿或暴露的环境等恶劣条件下无法使用。因此，非常需要开发在高湿或暴露条件下有效的全纤维湿度传感器。

在本研究中，通过使用甲基二乙醇胺、季戊四醇三丙烯酸酯和曙红Y组成液固结构的湿敏元件，在最外层涂覆PDMS钝化层，以保证湿度传感器在露水和高湿条件下的稳定性和耐久性。该传感器的液体微腔由甲基二乙醇胺-季戊四醇三丙烯酸酯复合溶液组成，灵敏度比无液腔传感器高数倍。本实验验证了光致聚合物材料的紧凑结构以及优异的吸收和释放能力，使得传感器在53%RH-69.9%RH的相对湿度范围内的响应和恢复时间分别为602ms和349ms。该传感器在浴室、海洋气候、非饱和土壤等长期高湿度环境中显示了其可用性。在以往的设计中，光致聚合物材料已经展示了除了水分子之外监测各种挥发性有机化合物的能力。本实验的PDMS保护层和温度补偿方法为设计在高湿度、高露点环境下具有良好耐久性和长期稳定性的各种气体传感器提供了一种简单而有力的平台。

图 1 本文所提出的级联结构的结构图及示意图

图 2 测量实验装置

图 3 研究了基于mdea -光聚合物pdms的光纤湿度传感器在不同相对湿度下的性能
(a)不同相对湿度下的低频信号频谱;(b)低频信号波长与相对湿度的关系
(c)不同相对湿度下高频信号的频谱;(d)高频信号波长与相对湿度的关系

图 5 浸泡前后湿度响应的比较
(a)带PDMS保护层的湿度传感器，上线为频谱中高频信号的拟合线，下线为低频信号的拟合线 (b)无保护层的湿度传感器

图 7 传感器的重复性测试
(a)和(b)分别为传感器在20℃和60℃之间切换时，其低频和高频信号波长位置与温度的关系     
(c)和(d)分别为传感器在25%RH和90%RH之间切换时，其低频和高频信号波长位置与温度的关系

图 8 传感器在(a) 90%RH，20℃和(b) 55% RH，60℃下的稳定性

文献来源：Jinjian Yu, Piliang Liu, Yaxun Zhang, Qianran Sun, Yu Zhang, Zhihai Liu, Libo Yuan, and Xiaoyun Tang, "Water-durability and high-performance all-fiber humidity sensor using methyldiethanolamine-photopolymer-PDMS structure," Opt. Express 31, 42637-42650 (2023)

https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-31-25-42637&id=544062