一种透明柔性湿度传感器及其制备方法与流程

本发明属于传感器应用领域，具体涉及一种透明柔性湿度传感器及其制备方法。

背景技术

人类的生存和社会活动与环境的湿度密切相关。随着现代化的发展，不同领域对周围环境湿度提出了严格要求，这使得对环境湿度的检测变得更为重要。湿度传感器(humiditysensor)作为一种能检测周围环境或人体表面湿度的电子器件，在工农业生产、气象、环保、航天等领域已经得到了广泛应用。近年来，随着电子技术的不断发展，小型化、集成化、柔性化电子成为当今电子信息技术的热点。新型领域已经对传统的湿度传感器提出新的要求。例如，“电子皮肤”不仅需要准确、快速地感应人体周围环境的湿度情况，而且“电子皮肤”也需要具有可弯曲、拉伸等良好的机械性能。此外，高的光透过率也是一个重要的物理性能。常规的湿度传感器通常是刚性的，已经不能满足当今可伸缩、可穿戴的电子产品市场。并且现有的柔性湿度传感器的电路结构基于晶体管结构或微系统，电路复杂，现有技术中，很多柔性基底采用硅片或cnt或石墨烯等材料，这些基底材料非常昂贵且存在器件结构在制备过程中工艺复杂，可重复性差等问题，难以实现大规模的工业生产。再者，湿度敏感性作为湿度传感器的重要性能指标，直接制约着湿度传感器的应用。在透明柔性湿度传感器，保证柔性的前提下，探索更高的湿度敏感性成为柔性湿度传感器的技术难题。

因此，在湿度传感器获得广泛应用的同时，如何在保证性能的同时使得湿度传感器具有良好机械性能、高的光透过率、高的湿度敏感性以及制备简单快捷，用以满足实际需求成为了本领域技术人员想要解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明针对背景技术存在的诸多问题，旨在克服现有技术的不足，提出了一种简单快捷的柔性湿度传感器。有效地解决了传统柔性传感器低的光透过率，基体材料柔性度差且制作过程成本高、工艺复杂、工艺难以控制、湿度敏感性差以及不利于快速大规模生产等问题。本发明提供一种透明柔性湿度传感器及其制备方法，其电极或导电层为具有低方块电阻，高透过率的ito(azo)或agnw柔性导电薄膜，具有良好吸水性的pva和pvp复合薄膜作为所述湿度传感器的湿度敏感柔性薄膜，所述薄膜吸收水分子后其介电常数以及损耗的变化使得谐振电路产生频率响应。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种透明柔性湿度传感器，包括：透明柔性衬底(1)，柔性导电薄膜(2)，共面波导谐振电路(3)，以及湿度敏感柔性薄膜(4)；其中：所述透明柔性衬底由pdms制成，透明柔性衬底(1)的顶面设有氧化铟锡(ito)导电薄膜(2)，共面波导谐振电路(3)通过激光刻蚀导电薄膜而成，ito导电薄膜(2)表面有一层湿度敏感柔性薄膜(4)，该薄膜通过旋涂聚乙烯醇(pva)和聚乙烯吡咯烷酮和(pvp)混合溶液烘干制备而成；连接微波电路时，将同轴线的插座安装在接地板的背面，外导体直接接在接地板上，同轴线的内导体即同轴探针穿过接地板和透明柔性衬底(1)接在导电薄膜(2)上；所述柔性衬底与柔性导电薄膜形成一个可弯曲、拉伸，低损耗以及具有高光透过率的谐振电路，湿度敏感柔性薄膜作为所述谐振电路谐振频率的一个调控单元。

所述的透明柔性衬底(1)与柔性导电薄膜(2)通过热压或者固化的方法组合在一起。

所述的柔性导电薄膜(2)是一种具有可拉伸、弯曲，低方块电阻，高透光率的柔性导电薄膜，为氧化铟锡(ito)或者铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃(azo)或者纳米银线(agnw)柔性导电薄膜。

所述的湿度敏感柔性薄膜(4)是由聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮的混合溶液采用旋涂法制备，均匀地旋涂于柔性导电薄膜(2)表面，其薄膜厚度由所述的混合溶液浓度调控。

所述的柔性导电薄膜(2)通过磁控溅射或喷涂(旋涂)的方法镀或者印在pet柔性薄板上，再通过激光刻蚀方法形成一个共面波导型的谐振电路；其中，所述的共面波导谐振电路(3)工作频率范围在2～4.5ghz，谐振频率可由所刻蚀凹槽尺寸、柔性导电薄膜厚度、pet板厚度以及柔性衬底厚度所决定，其可调范围在3.0ghz～3.5ghz，所述的柔性导电薄膜谐振器仅有一个共面波导谐振电路组成。

所述的pva和pvp的湿度敏感柔性薄膜(4)为一个方形结构，薄膜宽度与共面波导宽度相同。

所述的湿度敏感柔性薄膜(4)为介电常数湿度敏感柔性薄膜，其介电常数会随环境湿度变化而发生明显变化，从而引起谐振电路谐振频率的偏移。

所述的湿度敏感柔性薄膜(4)的介电常数以及损耗可通过添加不同比例聚乙烯吡咯烷酮实现调控。

一种透明柔性湿度传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将氧化铟锡(ito)导电薄膜(2)通过磁控溅射方法溅射在透明柔性的pet板上；

步骤2：共面波导谐振电路(3)通过激光刻蚀至ito导电薄膜上；

步骤3：在ito导电薄膜(2)表面旋涂一层湿度敏感柔性薄膜(4)，且该薄膜通过旋涂pva和pvp混合溶液烘干制备而成；

步骤4：连接微波电路，将同轴线的插座安装在接地板的背面，外导体直接接在接地板上，同轴线的内导体即同轴探针穿过接地板和透明柔性衬底(1)接在导电薄膜(2)上，从而制成透明柔性湿度传感器。

所述湿度敏感柔性薄膜(4)制备包括：将聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为10:1～10:4进行混合，再添加1.0wt.％丙三醇作为增塑剂进行脱泡处理，然后取混合所得胶液滴在柔性导电薄膜(2)上通过匀胶机形成厚度均匀的湿膜，经干燥成膜制得湿度敏感柔性薄膜(4)。

本发明的有益效果是：

本发明的柔性传感器创新地将传感器电路移植至柔性基底上，实现了传感器的可拉伸及可弯曲功能，并在可拉伸的前提下，提高了传感器的灵敏度及高透明度。本发明的柔性传感器采用透明柔性衬底，柔性导电薄膜分别作为基底和导电层，在一定弯曲或拉伸的条件下仍可以保持原有物理性能，达到环境湿度检测的目的；进一步地，本发明透明柔性湿度传感器的湿度敏感柔性薄膜是采用聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮形成的复合薄膜，具有介电性能优异、质量轻、体积小且易于集成的优势，解决了传感器集成至柔性基底的性能差的技术难题。并且所述薄膜的机械性能和介电性能通过pva和pvp的混合比例进行调节，创新地制得具有良好机械性能和低损耗的薄膜，进而有效地控制湿度传感器的检测范围以及大大增加了其灵敏度。同时，丙三醇的引入可以很大程度提高薄膜的柔韧性。因此，本发明所述湿度传感器具有柔性可拉伸、高透明度、高灵敏度、快响应速度、电路结构简单及低廉成本的优势，可广泛应用于可穿戴电子器件、植入式远程医疗器件、柔性电子以及作为“电子皮肤”等领域。

附图说明

图1为本发明的透明柔性湿度传感器整体结构示意图；

图2为根据本发明实施例3柔性共面波导谐振电路加工实物图；

图3为根据本发明实施例3透明的柔性湿度传感器实物图；

图4为根据本发明实施例3湿度敏感柔性薄膜红外光谱测试图；

图5为根据本发明实施例3湿度敏感柔性薄膜介电性能随湿度的变化曲线；

图6为根据本发明实施例3s11曲线在11.3％～97.3％rh范围内的测试结果；

图7为根据本发明实施例3共面波导谐振电路s21,s11参数仿真示意图；

图8为根据本发明实施例3和对比例在不同环境下、1.4ghz下的介电常数变化；

图9为根据本发明实施例3和对比例在不同环境下、1.4ghz下的介电损耗变化。

具体实施方式

以下结合本发明具体实施例和说明书附图对本发明原理进行详细说明：

图1为本发明实施例提供的一种透明柔性湿度传感器整体结构示意图，包括：

透明柔性衬底1，柔性导电薄膜2，共面波导谐振电路3，以及湿度敏感柔性薄膜4；其中：所述透明柔性衬底由pdms制成，透明柔性衬底1的顶面设有氧化铟锡(ito)导电薄膜2，共面波导谐振电路3通过激光刻蚀导电薄膜而成，ito导电薄膜2表面有一层湿度敏感柔性薄膜4，该薄膜通过旋涂聚乙烯醇(pva)和聚乙烯吡咯烷酮(pvp)混合溶液烘干制备而成；连接微波电路时，将同轴线的插座安装在接地板的背面，外导体直接接在接地板上，同轴线的内导体即同轴探针穿过接地板和透明柔性衬底1接在导电薄膜2上；所述柔性衬底与柔性导电薄膜形成一个可弯曲、拉伸，低损耗以及具有高光透过率的谐振电路，湿度敏感柔性薄膜作为所述谐振电路谐振频率的一个调控单元。

其中，一种透明柔性湿度传感器的制备方法，包括：

步骤1：ito导电薄膜通过磁控溅射方法溅射在透明柔性的pet板上；

步骤2：共面波导谐振电路3通过激光刻蚀至ito导电薄膜上；

步骤3：在ito导电薄膜2表面旋涂一层湿度敏感柔性薄膜4，且该薄膜通过旋涂pva和pvp混合溶液烘干制备而成；

步骤4：连接微波电路，将同轴线的插座安装在接地板的背面，外导体直接接在接地板上，同轴线的内导体即同轴探针穿过接地板和透明柔性衬底1接在导电薄膜2上。

所述的透明柔性衬底1与柔性导电薄膜2通过热压或者固化的方法组合在一起。所述的pva和pvp的湿度敏感柔性薄膜4为一个方形结构，薄膜宽度与共面波导宽度相同。所述柔性导电薄膜2的材料为低方块电阻、高光透过率的ito薄膜。所述的柔性导电薄膜2通过磁控溅射或喷涂(旋涂)的方法镀或者印在pet柔性薄板上，再通过激光刻蚀方法形成一个共面波导型的谐振电路；其中，所述的共面波导谐振电路3工作频率范围在2～4.5ghz，谐振频率可由所刻蚀凹槽尺寸、柔性导电薄膜厚度、pet板厚度以及柔性衬底厚度所决定，其可调范围在3.0ghz～3.5ghz，所述的柔性导电薄膜谐振器仅有一个共面波导谐振电路组成。

所述湿度敏感柔性薄膜4是由聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮以及丙三醇的混合溶液采用旋涂法制备的复合薄膜，均匀地旋涂于柔性导电薄膜2表面，其薄膜厚度由所述的混合溶液浓度调控。所述的湿度敏感柔性薄膜4为介电常数湿度敏感柔性薄膜，其介电常数会随环境湿度变化而发生明显变化，从而引起谐振电路谐振频率的偏移，其介电常数以及损耗可通过添加不同比例聚乙烯吡咯烷酮实现调控。

所述湿度敏感柔性薄膜4制备包括：将聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为10:1～10:4进行混合，再添加1.0wt.％丙三醇作为增塑剂进行脱泡处理，聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为10:1～10:4，然后取混合所得胶液滴在柔性导电薄膜2上通过匀胶机形成厚度均匀的湿膜，经干燥成膜制得湿度敏感柔性薄膜4。

本发明中柔性衬底可以通过固化方法与柔性导电薄膜层相连，也可以通过热压的方式与柔性导电薄膜粘合在一起。

本发明中湿度敏感柔性薄膜中的聚乙烯醇(pva)是一种含有大量羟基(-oh)的高分子聚合物。由于-oh上的氢与电负性很强的氧原子相连，使氢氧键高度极化，一个-oh上带有部分正电荷的氢，可与另一个-oh上带有部分负电荷的氧相互吸引，可以形成分子内与分子间的氢键，因此pva具有良好的吸水性。醇解度是衡量水溶性pva另一个重要指标，作为优选实施方式，本发明中聚乙烯醇的聚合度为1700±50，醇解度为87％～89mol％。

湿度敏感柔性薄膜中的聚乙烯吡咯烷酮(pvp)，是一种非离子型高分子化合物，具有胶体保护作用、成膜性、粘结性、吸湿性等特性。此外，pvp和pva混合形成复合薄膜不仅具有更好的机械性能，而且可以改善薄膜的介电性能。

进一步地，所述湿度敏感柔性薄膜的厚度可根据pva和pvp溶液浓度控制。

进一步地，所述柔性导电薄膜通过将磁控溅射或旋涂(喷涂)等方法沉积到透明柔性的pet板上。

进一步地，所述共面波导电路图案通过激光刻蚀柔性导电薄膜形成。

进一步地，所述湿度敏感柔性薄膜的机械性能和介电性能通过pva和pvp的混合比例进行调节，制得具有良好机械性能和低损耗的薄膜；并且丙三醇的引入可以提高薄膜的柔韧性。

通过同轴馈线将本发明的透明柔性湿度传感器微波电路中，根据本发明实施例可以看出：基于透明柔性衬底制得的谐振电路在3.1ghz左右有明显的谐振，插入损耗s21低；将本发明透明柔性湿度传感放入不同湿度条件下的密闭盒子中，由于pva和pvp敏感薄膜材料吸收水分子后，薄膜介电常数逐渐增加。因此，基于该敏感薄膜的柔性谐振电路的s21参数随着介电常数的增加明显的往低频移动，从而实现湿度的检测。当环境湿度增加时，柔性薄膜开始吸收水分子后达到平衡状态，所以薄膜介电常数明显增加，由于薄膜介电常数的增加，导致了谐振峰往低频段偏移；随着环境湿度的下降，柔性薄膜开始“释放”水分子，所以介电常数减小，谐振峰又开始往高频移动。由于在柔性薄膜中，分子间和分子内具有大量的羟基(-oh)，因此该转换过程会随着环境湿度的变化快速、可反复的进行，从而实现环境湿度的检测。

如图2所示，本发明实施例设计的共面波导谐振电路3是通过磁控溅射法将ito薄膜沉积到透明柔性pet基底上形成长为57mm，宽为37.7mm的薄膜图案，所得的ito导电薄膜厚度为150～200nm；然后通过激光刻蚀所述ito导电薄膜而成。本实施例给出刻蚀凹槽的形状为矩形，根据本领域技术人员常识可知凹槽的形状不局限于矩形，本实施例设计的透明柔性湿度传感器中透明柔性衬底1的尺寸为：长×宽×高＝65mm×50mm×1.6mm。

实施例1：

一种透明柔性湿度传感器，包括：

透明柔性衬底1，柔性导电薄膜2，共面波导谐振电路3，以及湿度敏感柔性薄膜4；其中：所述透明柔性衬底由pdms制成，透明柔性衬底1的顶面设有氧化铟锡(ito)导电薄膜2，共面波导谐振电路3通过激光刻蚀导电薄膜而成，ito导电薄膜2表面有一层湿度敏感柔性薄膜4，该薄膜通过旋涂聚乙烯醇(pva)和聚乙烯吡咯烷酮(pvp)混合溶液烘干制备而成；连接微波电路时，将同轴线的插座安装在接地板的背面，外导体直接接在接地板上，同轴线的内导体即同轴探针穿过接地板和透明柔性衬底1接在导电薄膜2上；所述柔性衬底与柔性导电薄膜形成一个可弯曲、拉伸，低损耗以及具有高光透过率的谐振电路，湿度敏感柔性薄膜作为所述谐振电路谐振频率的一个调控单元。

其中，一种透明柔性湿度传感器的制备方法，包括：

步骤1：ito导电薄膜通过磁控溅射方法溅射在透明柔性的pet板上；

步骤2：共面波导谐振电路3通过激光刻蚀至ito导电薄膜上；

步骤3：在ito导电薄膜2表面旋涂一层湿度敏感柔性薄膜4，且该薄膜通过旋涂pva和pvp混合溶液烘干制备而成；

步骤4：连接微波电路，将同轴线的插座安装在接地板的背面，外导体直接接在接地板上，同轴线的内导体即同轴探针穿过接地板和透明柔性衬底1接在导电薄膜2上。

所述的透明柔性衬底1与柔性导电薄膜2通过热压或者固化的方法组合在一起。所述的pva和pvp混合的湿度敏感柔性薄膜4为一个方形结构，薄膜宽度与共面波导宽度相同。所述柔性导电薄膜2的材料为低方块电阻、高光透过率的ito薄膜。所述的柔性导电薄膜2通过磁控溅射或喷涂(旋涂)的方法镀或者印在pet柔性薄板上，再通过激光刻蚀方法形成一个共面波导型的谐振电路；其中，所述的共面波导谐振电路3工作频率范围在2～4.5ghz，谐振频率可由所刻蚀凹槽尺寸、柔性导电薄膜厚度、pet板厚度以及柔性衬底厚度所决定，其可调范围在3.0ghz～3.5ghz，所述的柔性导电薄膜谐振器仅有一个共面波导谐振电路组成。

所述湿度敏感柔性薄膜4是由聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮混合溶液采用旋涂法制备的复合薄膜，均匀地旋涂于柔性导电薄膜2表面，其薄膜厚度由所述的混合溶液浓度调控。所述的湿度敏感柔性薄膜4为介电常数湿度敏感柔性薄膜，其介电常数会随环境湿度变化而发生明显变化，从而引起谐振电路谐振频率的偏移，其介电常数以及损耗可通过添加不同比例聚乙烯吡咯烷酮实现调控。

所述湿度敏感柔性薄膜4制备包括：将聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为10:1进行混合，再添加1.0wt.％丙三醇作为增塑剂进行脱泡处理，然后取混合所得胶液滴在柔性导电薄膜2上通过匀胶机形成厚度均匀的湿膜，经干燥成膜制得湿度敏感柔性薄膜4。

实施例2:

一种透明柔性湿度传感器，包括：

透明柔性衬底1，柔性导电薄膜2，共面波导谐振电路3，以及湿度敏感柔性薄膜4；其中：所述透明柔性衬底由pdms制成，透明柔性衬底1的顶面设有氧化铟锡(ito)导电薄膜2，共面波导谐振电路3通过激光刻蚀导电薄膜而成，ito导电薄膜2表面有一层湿度敏感柔性薄膜4，该薄膜通过旋涂聚乙烯醇(pva)和聚乙烯吡咯烷酮(pvp)混合溶液烘干制备而成；连接微波电路时，将同轴线的插座安装在接地板的背面，外导体直接接在接地板上，同轴线的内导体即同轴探针穿过接地板和透明柔性衬底1接在导电薄膜2上；所述柔性衬底与柔性导电薄膜形成一个可弯曲、拉伸，低损耗以及具有高光透过率的谐振电路，湿度敏感柔性薄膜作为所述谐振电路谐振频率的一个调控单元。

其中，一种透明柔性湿度传感器的制备方法，包括：

步骤1：ito导电薄膜通过磁控溅射方法溅射在透明柔性的pet板上；

步骤2：共面波导谐振电路3通过激光刻蚀至ito导电薄膜上；

步骤3：在ito导电薄膜2表面旋涂一层湿度敏感柔性薄膜4，且该薄膜通过旋涂pva和pvp混合溶液烘干制备而成；

步骤4：连接微波电路，将同轴线的插座安装在接地板的背面，外导体直接接在接地板上，同轴线的内导体即同轴探针穿过接地板和透明柔性衬底1接在导电薄膜2上。

所述的透明柔性衬底1与柔性导电薄膜2通过热压或者固化的方法组合在一起。所述的pva和pvp混合的湿度敏感柔性薄膜4为一个方形结构，薄膜宽度与共面波导宽度相同。所述柔性导电薄膜2的材料为低方块电阻、高光透过率的ito薄膜。所述的柔性导电薄膜2通过磁控溅射或喷涂(旋涂)的方法镀或者印在pet柔性薄板上，再通过激光刻蚀方法形成一个共面波导型的谐振电路；其中，所述的共面波导谐振电路3工作频率范围在2～4.5ghz，谐振频率可由所刻蚀凹槽尺寸、柔性导电薄膜厚度、pet板厚度以及柔性衬底厚度所决定，其可调范围在3.0ghz～3.5ghz，所述的柔性导电薄膜谐振器仅有一个共面波导谐振电路组成。

所述湿度敏感柔性薄膜4是由聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮混合溶液采用旋涂法制备的复合薄膜，均匀地旋涂于柔性导电薄膜2表面，其薄膜厚度由所述的混合溶液浓度调控。所述的湿度敏感柔性薄膜4为介电常数湿度敏感柔性薄膜，其介电常数会随环境湿度变化而发生明显变化，从而引起谐振电路谐振频率的偏移，其介电常数以及损耗可通过添加不同比例聚乙烯吡咯烷酮实现调控。

所述湿度敏感柔性薄膜4制备包括：将聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为10:2进行混合，再添加1.0wt.％丙三醇作为增塑剂进行脱泡处理，然后取混合所得胶液滴在柔性导电薄膜2上通过匀胶机形成厚度均匀的湿膜，经干燥成膜制得湿度敏感柔性薄膜4。

实施例3:

一种透明柔性湿度传感器，包括：

透明柔性衬底1，柔性导电薄膜2，共面波导谐振电路3，以及湿度敏感柔性薄膜4；其中：所述透明柔性衬底由pdms制成，透明柔性衬底1的顶面设有氧化铟锡(ito)导电薄膜2，共面波导谐振电路3通过激光刻蚀导电薄膜而成，ito导电薄膜2表面有一层湿度敏感柔性薄膜4，该薄膜通过旋涂聚乙烯醇(pva)和聚乙烯吡咯烷酮(pvp)混合溶液烘干制备而成；连接微波电路时，将同轴线的插座安装在接地板的背面，外导体直接接在接地板上，同轴线的内导体即同轴探针穿过接地板和透明柔性衬底1接在导电薄膜2上；所述柔性衬底与柔性导电薄膜形成一个可弯曲、拉伸，低损耗以及具有高光透过率的谐振电路，湿度敏感柔性薄膜作为所述谐振电路谐振频率的一个调控单元。

其中，一种透明柔性湿度传感器的制备方法，包括：

步骤1：ito导电薄膜通过磁控溅射方法溅射在透明柔性的pet板上；

步骤2：共面波导谐振电路3通过激光刻蚀至ito导电薄膜上；

步骤3：在ito导电薄膜2表面旋涂一层湿度敏感柔性薄膜4，且该薄膜通过旋涂pva和pvp混合溶液烘干制备而成；

步骤4：连接微波电路，将同轴线的插座安装在接地板的背面，外导体直接接在接地板上，同轴线的内导体即同轴探针穿过接地板和透明柔性衬底1接在导电薄膜2上。

所述的透明柔性衬底1与柔性导电薄膜2通过热压或者固化的方法组合在一起。所述的pva和pvp混合的湿度敏感柔性薄膜4为一个方形结构，薄膜宽度与共面波导宽度相同。所述柔性导电薄膜2的材料为低方块电阻、高光透过率的ito薄膜。所述的柔性导电薄膜2通过磁控溅射或喷涂(旋涂)的方法镀或者印在pet柔性薄板上，再通过激光刻蚀方法形成一个共面波导型的谐振电路；其中，所述的共面波导谐振电路3工作频率范围在2～4.5ghz，谐振频率可由所刻蚀凹槽尺寸、柔性导电薄膜厚度、pet板厚度以及柔性衬底厚度所决定，其可调范围在3.0ghz～3.5ghz，所述的柔性导电薄膜谐振器仅有一个共面波导谐振电路组成。

所述湿度敏感柔性薄膜4是由聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮的混合溶液采用旋涂法制备的复合薄膜，均匀地旋涂于柔性导电薄膜2表面，其薄膜厚度由所述的混合溶液浓度调控。所述的湿度敏感柔性薄膜4为介电常数湿度敏感柔性薄膜，其介电常数会随环境湿度变化而发生明显变化，从而引起谐振电路谐振频率的偏移，其介电常数以及损耗可通过添加不同比例聚乙烯吡咯烷酮实现调控。

所述湿度敏感柔性薄膜4制备包括：将聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为10:3进行混合，再添加1.0wt.％丙三醇作为增塑剂进行脱泡处理，然后取混合所得胶液滴在柔性导电薄膜2上通过匀胶机形成厚度均匀的湿膜，经干燥成膜制得湿度敏感柔性薄膜4。

图3为本发明实施例3的一种实际加工的透明柔性湿度传感器，该传感器具有极大的透明度(其透光率大于80％)，可拉伸、弯曲的特点，它主要由柔性衬底，柔性导电薄膜以及湿度敏感柔性薄膜三种柔性薄膜组成。

上述湿度敏感柔性薄膜4制备包括：将聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为10:3进行混合，再添加1.0wt.％丙三醇作为增塑剂进行脱泡处理，然后取混合所得胶液滴在柔性导电薄膜2上通过匀胶机形成厚度均匀的湿膜，经干燥成膜制得湿度敏感柔性薄膜4。通过磁力搅拌混合均匀后，在真空条件下进行脱泡处理，然后将混合所得胶液涂布至光滑洁净的柔性导电薄膜上形成厚度均匀的湿膜，在温度为50℃下恒温干燥，制得厚度约为0.1mm的均匀薄膜，图4为实施例3湿度敏感柔性薄膜红外光谱测试图。

实施例4:

一种透明柔性湿度传感器，包括：

透明柔性衬底1，柔性导电薄膜2，共面波导谐振电路3，以及湿度敏感柔性薄膜4；其中：所述透明柔性衬底由pdms制成，透明柔性衬底1的顶面设有氧化铟锡(ito)导电薄膜2，共面波导谐振电路3通过激光刻蚀导电薄膜而成，ito导电薄膜2表面有一层湿度敏感柔性薄膜4，该薄膜通过旋涂聚乙烯醇(pva)和聚乙烯吡咯烷酮(pvp)混合溶液烘干制备而成；连接微波电路时，将同轴线的插座安装在接地板的背面，外导体直接接在接地板上，同轴线的内导体即同轴探针穿过接地板和透明柔性衬底1接在导电薄膜2上；所述柔性衬底与柔性导电薄膜形成一个可弯曲、拉伸，低损耗以及具有高光透过率的谐振电路，湿度敏感柔性薄膜作为所述谐振电路谐振频率的一个调控单元。

其中，一种透明柔性湿度传感器的制备方法，包括：

步骤1：ito导电薄膜通过磁控溅射方法溅射在透明柔性的pet板上；

步骤2：共面波导谐振电路3通过激光刻蚀至ito导电薄膜上；

步骤3：在ito导电薄膜2表面旋涂一层湿度敏感柔性薄膜4，且该薄膜通过旋涂pva和pvp混合溶液烘干制备而成；

步骤4：连接微波电路，将同轴线的插座安装在接地板的背面，外导体直接接在接地板上，同轴线的内导体即同轴探针穿过接地板和透明柔性衬底1接在导电薄膜2上。

所述的透明柔性衬底1与柔性导电薄膜2通过热压或者固化的方法组合在一起。所述的pva和pvp的湿度敏感柔性薄膜4为一个方形结构，薄膜宽度与共面波导宽度相同。所述柔性导电薄膜2的材料为低方块电阻、高光透过率的ito薄膜。所述的柔性导电薄膜2通过磁控溅射或喷涂(旋涂)的方法镀或者印在pet柔性薄板上，再通过激光刻蚀方法形成一个共面波导型的谐振电路；其中，所述的共面波导谐振电路3工作频率范围在2～4.5ghz，谐振频率可由所刻蚀凹槽尺寸、柔性导电薄膜厚度、pet板厚度以及柔性衬底厚度所决定，其可调范围在3.0ghz～3.5ghz，所述的柔性导电薄膜谐振器仅有一个共面波导谐振电路组成。

所述湿度敏感柔性薄膜4是由聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮的混合溶液采用旋涂法制备的复合薄膜，均匀地旋涂于柔性导电薄膜2表面，其薄膜厚度由所述的混合溶液浓度调控。所述的湿度敏感柔性薄膜4为介电常数湿度敏感柔性薄膜，其介电常数会随环境湿度变化而发生明显变化，从而引起谐振电路谐振频率的偏移，其介电常数以及损耗可通过添加不同比例聚乙烯吡咯烷酮实现调控。

所述湿度敏感柔性薄膜4制备包括：将聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为10:4进行混合，再添加1.0wt.％丙三醇作为增塑剂进行脱泡处理，然后取混合所得胶液滴在柔性导电薄膜2上通过匀胶机形成厚度均匀的湿膜，经干燥成膜制得湿度敏感柔性薄膜4。

对比例:

一种透明柔性湿度传感器，包括：

透明柔性衬底1，柔性导电薄膜2，共面波导谐振电路3，以及湿度敏感柔性薄膜4；其中：所述透明柔性衬底由pdms制成，透明柔性衬底1的顶面设有氧化铟锡(ito)导电薄膜2，共面波导谐振电路3通过激光刻蚀导电薄膜而成，ito导电薄膜2表面有一层湿度敏感柔性薄膜4，该薄膜通过旋涂聚乙烯醇(pva)和聚乙烯吡咯烷酮(pvp)混合溶液烘干制备而成；连接微波电路时，将同轴线的插座安装在接地板的背面，外导体直接接在接地板上，同轴线的内导体即同轴探针穿过接地板和透明柔性衬底1接在导电薄膜2上；所述柔性衬底与柔性导电薄膜形成一个可弯曲、拉伸，低损耗以及具有高光透过率的谐振电路，湿度敏感柔性薄膜作为所述谐振电路谐振频率的一个调控单元。

其中，一种透明柔性湿度传感器的制备方法，包括：

步骤1：ito导电薄膜通过磁控溅射方法溅射在透明柔性的pet板上；

步骤2：共面波导谐振电路3通过激光刻蚀至ito导电薄膜上；

步骤3：在ito导电薄膜2表面旋涂一层湿度敏感柔性薄膜4，且该薄膜通过旋涂pva和pvp混合溶液烘干制备而成；

步骤4：连接微波电路，将同轴线的插座安装在接地板的背面，外导体直接接在接地板上，同轴线的内导体即同轴探针穿过接地板和透明柔性衬底1接在导电薄膜2上。

所述的透明柔性衬底1与柔性导电薄膜2通过热压或者固化的方法组合在一起。所述的pva和pvp的湿度敏感柔性薄膜4为一个方形结构，薄膜宽度与共面波导宽度相同。所述柔性导电薄膜2的材料为低方块电阻、高光透过率的ito薄膜。所述的柔性导电薄膜2通过磁控溅射或喷涂(旋涂)的方法镀或者印在pet柔性薄板上，再通过激光刻蚀方法形成一个共面波导型的谐振电路；其中，所述的共面波导谐振电路3工作频率范围在2～4.5ghz，谐振频率可由所刻蚀凹槽尺寸、柔性导电薄膜厚度、pet板厚度以及柔性衬底厚度所决定，其可调范围在3.0ghz～3.5ghz，所述的柔性导电薄膜谐振器仅有一个共面波导谐振电路组成。

所述湿度敏感柔性薄膜4是由聚乙烯醇采用旋涂法制备的复合薄膜，均匀地旋涂于柔性导电薄膜2表面，其薄膜厚度由所述的混合溶液浓度调控。所述的湿度敏感柔性薄膜4为介电常数湿度敏感柔性薄膜，其介电常数会随环境湿度变化而发生明显变化，从而引起谐振电路谐振频率的偏移，其介电常数以及损耗可通过添加不同比例聚乙烯吡咯烷酮实现调控。

所述湿度敏感柔性薄膜4制备包括将聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为10:0进行混合，再添加1.0wt.％丙三醇作为增塑剂进行脱泡处理，然后取混合所得胶液滴在柔性导电薄膜2上通过匀胶机形成厚度均匀的湿膜，经干燥成膜制得湿度敏感柔性薄膜4。

图5为为实施例3湿度敏感柔性薄膜介电性能随湿度的变化曲线。将上述制备的湿度敏感柔性薄膜4剪切成大小为15mm*15mm，厚度为0.4～0.5mm的均匀的方形薄膜，使用安捷伦e4991b阻抗分析仪在密闭环境中测试其在不同湿度条件下介电常数及损耗，测试频率范围为10mhz～1.5ghz，其测试的介电性能(包括介电常数及介电损耗)如图5所示，从图中可以看出：实施例3中湿度敏感柔性薄膜在湿度rh为30％～90％范围内其介电常数及低介电损耗与环境湿度的增加而明显增加，这是由于水分子介电常数远远大于薄膜本身；并且，当环境湿度一定时，该湿度敏感柔性薄膜4的介电性能随频率变化不大。

本发明实施例采用共面波导-同轴连接方式，通过同轴接线将本实施例透明柔性湿度传感器接入微波电路中，采用hfss软件进行仿真测试，得到如图6所示实施例3s11曲线在11.3％～97.3％rh范围内的测试结果。由图6可知，谐振频率明显降低，且频率随湿度的增加而增加。同时，s11的绝对值开始下降。

如图7所示为实施例3共面波导谐振电路s21,s11参数仿真示意图，从图7可以看出：本实施例3制备的共面波导谐振电路的谐振频率约为3.17ghz，在该频率点谐振器的|s11|>45db，|s21|<0.5db；说明本实施共面波导谐振电路与电路达到很好的匹配。图8为为实施例3和对比例在不同环境下、1.4ghz下的介电常数变化，图9为为实施例3和对比例在不同环境下、1.4ghz下的介电损耗变化。如图7，8所示，实施例3和对比例比较下，可以明显地发现实施例3具备更小的介电常数和介电损耗，则可以证明加入适量的聚乙烯吡咯烷酮(pvp)可以明显的降低介电损耗，较小地介电常数变化说明具备很好的湿度灵敏性。这对于透明柔性湿度传感器应用起到极大地改进作用。

以上结合附图对本发明的实施例进行了阐述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。