呼吸是人体的一种有节奏的活动，其频率和强度取决于人体活动的水平。呼吸的主要目的是为身体提供氧气，排出二氧化碳。湿度、浓度、流速、呼吸压力是疾病诊断、治疗和预后评估的重要指标，也是医学等领域肺功能项目的重要指标。可穿戴湿度传感器，可以很容易地集成到电子皮肤、口罩等，在医学方面可实现快速、连续和无创伤的呼吸状态捕获。然而，此类湿度传感器的材料制备和器件设计是实现以上功能的关键步骤。

近日，沈阳医学院第二附属医院主治医师曹超凡联合清华大学助理研究员路瑶，在常温环境下快速合成BiOBr纳米片湿度传感材料，随后通过紫外光刻等技术在柔性PET基底上设计并制作了金属微电极，并将传感材料搭载在该柔性电极上完成湿度传感器的装备，如下图1所示。

由BiOBr纳米片组装的湿度传感器具有较高的灵敏度（Ig/I0=550%），相对湿度从40%到100%，以及较高的响应速度，检测响应/恢复时间分别为11和6 s。考虑到湿度传感器优异的湿度性能和快速的响应时间，我们将该传感器集成到实时检测人类呼吸的智能口罩中。如图2a-b所示，我们的智能口罩由安装在呼吸阀上的传感器组成。戴上口罩后，使用者的呼吸在一个相对封闭的空间中被检测到。随着每次呼吸传感器电流的增加或减少，我们可以通过监测峰值的大小和数量来监测呼吸强度和频率的变化。图2c比较了深呼吸和正常呼吸时传感器的相对电流变化。深呼吸时的强度比正常呼吸时高得多，这意味着传感器可以检测到肺活量。此外，智能口罩的电流随着呼吸方式的增加和减少同步，因此可以通过峰值的数量来监测呼吸频率的变化。如图2d-f所示，我们的智能口罩可以实时监测不同频率（慢、正常和快速）的呼吸。将来，柔性湿度传感器作为一种可穿戴式呼吸监测设备，在呼吸道疾病预防和健康监测方面具有潜在的应用价值。

该文章以题为“Humidity sensor based on BiOBr synthesized under ambient condition”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. BiOBr纳米片合成示意图以及柔性电极制备流程图。

图2. (a) 湿度传感器在人体呼吸监测中的应用：智能口罩。(b) 湿度传感器的照片。(c) 传感器。

文章信息：

Humidity sensor based on BiOBr synthesized under ambient condition

Chaofan Cao, Guixian Xiao, Yao Lu

J. Semicond. 2022, 43(12): 124101 doi: 10.1088/1674-4926/43/12/124101

Full Text: http://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/43/12/124101

来源：半导体学报