湿度是人们生产生活中重要的环境参数。湿度的控制与检测在农业、工业、航空航天、货品储存等领域扮演着重要的角色。随着万物互联进程的加快,智能化社会的飞速发展对湿度传感器提出了更高的要求。近年来,科研工作者在追求湿度传感器性能提升的同时,也开展了突破传统领域的应用研究,特别是在人体呼吸监测方面逐渐崭露头角。现阶段临床医学中的呼吸监测(检测)手段主要是依赖肺功能仪、多导睡眠监测仪以及呼气末二氧化碳浓度监测技术。这些方法能准确地记录、评估呼吸活动中的各项参数指标,但是成本高、便携性差、使用门槛高、检测过程复杂,需要高端的设备和专业的检测人员。为了满足呼吸监测的传感器需求(高湿稳定、快响应),研究人员发展了基于不同先进功能材料的湿度传感器,但目前的研究工作难以从多维度准确记录呼吸信号的变化并进行有效的建模分析。本论文面向呼吸监测对湿度传感器的需求,从湿敏材料的设计、合成以及湿敏器件的制备等角度开展研究工作,并在呼吸监测应用方面进行了探索。本论文主要研究内容包括:1、通过物理担载感湿盐的方式来构筑湿敏材料、调控湿敏性能的方法已广泛应用于高性能湿度传感器中。然而,先完成湿敏材料的制备,再物理担载感湿成分的“两步法”会造成感湿单元担载量不明确、分布不均等问题,难以保证湿度传感器的一致性。本论文通过原位担载技术,借助烯-巯点击化学聚合手段,将小分子氯化锂(LiCl)和高分子聚丙烯酸锂(PAALi)引入到疏水三维交联网状骨架中。通过调控锂盐的担载量,制备得到8%LiCl/PETMP-DVB和3%PAALi/MPOSS-DVB两种理想聚电解质湿敏材料,器件表现出较高的灵敏度、较小的湿滞和较短的响应恢复时间。8%LiCl/PETMP-DVB器件的灵敏度约为2个数量级(11%-95%RH),湿滞为1.5%RH,响应/恢复时间为3.5 s/63 s(11%-95%RH)。3%PAALi/MPOSS-DVB器件的灵敏度大于2个数量级(33%-95%RH),湿滞为2.2%RH,响应/恢复时间为1.2 s/0.6 s(11%-95%RH)。2、在原位担载设计思路的基础上,采用化学修饰的方法,结合原位制备技术和点击化学手段,将感湿单元通过共价键固定在交联骨架上,制备了基于MPOSS-DVB-SSS聚电解质材料的湿敏器件。通过调控和优化钠盐的化学计量比,得到具有不同感湿能力的湿敏元件,其中投料摩尔比为1:3:2的P2元件表现出最宽的感湿区间和优异的湿敏特性。器件在500 Hz工作频率下的灵敏度为634.7(11%-95%RH),湿滞为4.5%RH,响应/恢复时间为5.5 s/23.7 s(11%-95%RH)。同时对器件的抗水能力进行了研究,证明了原位制备湿度传感器具有良好的稳定性。3、基于现有的化学修饰设计思想和原位制备工艺,制备了面向呼吸监测(人类呼出高湿气体检测)的高稳定、快响应双亲性离子凝胶基湿度传感器(MPOSSDVB-SSS和MPOSS-PIL)。对器件的响应恢复时间和高湿稳定性进行优化和深入研究。MPOSS-DVB-SSS器件的感湿区间为54%-95%RH,灵敏度约为2个数量级(11%-95%RH),湿滞约为2.6%RH,响应/恢复时间为0.75 s/0.48 s(33%-95%RH)。MPOSS-PIL器件的感湿区间为33%-95%RH,灵敏度大于2个数量级(11%-95%RH),响应/恢复时间为0.19 s/0.30 s(33%-95%RH)。借助石英晶体微天平和复阻抗图谱,对超快响应湿度传感器的敏感机理进行了研究。利用以上两种超快响应湿度传感器对不同受试者的不同呼吸状态进行了监测和数据采集处理,全面地对呼吸模式进行辨别和评估。4、针对多孔聚合物制备工序繁杂、可控性差的问题,本论文在第五章提出了一种制备三维多孔聚电解质湿敏材料的高效方法。利用呼吸图案法(水软模板法),通过选择聚合物的种类,调控溶剂体系和环境湿度,制备了具有三维多孔结构的聚4-乙烯基吡啶(P4VP)薄膜,再利用聚合物的气相季铵化反应得到三维多孔的交联聚电解质湿敏材料。通过调整气相聚合的温度和时间来控制聚电解质的聚合度,最后借助丝网印刷技术在多孔膜表面印制银叉指电极,得到多孔聚电解质基湿度传感器。呼吸图案法的应用为多孔聚电解质便捷、可控、高效地制备提供了新的途径。