【摘 要】
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便携式、多功能和智能的电子设备的不断增长的市场需求,促进了电化学能转换器件和环境监测传感器的大力发展。各种基于纸质和聚合物的非硅基器件也应运而生,并展现出迅猛的发展潜力和应用前景。本文分别基于滤纸（filter paper,FP）和聚酰亚胺薄膜（polyimide,PI）衬底制备了具有柔韧性和优异放电性能的柔性Ag-Zn薄膜电池,探讨了以潮解电解质为敏感材料构建Ag-Zn纸基电池自供电湿度传感器的
【基金项目】
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上海市2019年度“科技创新行动计划”人工智能领域项目编号19511120100；
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便携式、多功能和智能的电子设备的不断增长的市场需求,促进了电化学能转换器件和环境监测传感器的大力发展。各种基于纸质和聚合物的非硅基器件也应运而生,并展现出迅猛的发展潜力和应用前景。本文分别基于滤纸（filter paper,FP）和聚酰亚胺薄膜（polyimide,PI）衬底制备了具有柔韧性和优异放电性能的柔性Ag-Zn薄膜电池,探讨了以潮解电解质为敏感材料构建Ag-Zn纸基电池自供电湿度传感器的可能性。本论文工作内容如下:1.采用原位金属生长工艺,结合打印碳掩模（inkjet-printed carbon mask,ICM）图形化技术,实现了FP和PI衬底的金属图形化。一方面,利用滤纸纤维对金属离子的强吸附作用,作为金属离子的载体,制备FP/Ni薄膜;另一方面,基于表面改性和离子交换工艺实现PI/Ni薄膜的制备。同时结合ICM图形化技术实现FP/Ni电极和PI/Ni电极的图形化。2.制备金纳米粒子覆盖的镍层（Ni/Au）作为电池的集流体,用化学镀和电镀的方式在Ni/Au集流体上分别沉积Ag和Zn金属层,分析了金属薄膜的结构和组成。将Ni/Au/Ag电极和Ni/Au/Zn电极组合,实现了柔性Ag-Zn电池的制备,并详细分析了电池在KOH溶液中的放电性能。基于FP和PI衬底的Ag-Zn电池的放电平台在1.5 V左右,0.5 m A·cm-2条件下的放电电容量分别为0.08和0.09 m A·h·cm-2。3.研究了基于Ag-Zn纸基电池的电池型湿度传感器样机。以KOH、Na Cl、KCl等吸湿材料为电解质,研究了不同湿度下干法电池的放电性能,验证了自供电阶梯式湿度开关的可行性。结果表明,环境湿度的变化对开路电压和电池的内阻皆产生影响,继而使输出电流变化3个数量级,变化的拐点与电解质的潮解相对湿度()和风化相对湿度()吻合,并用仿真软件进一步模拟了开路电压与湿度的关系。4.将图形化的PI/Ni/Au结构应用于叉指型电容湿度传感器的设计,PI薄膜同时作为衬底和湿敏材料。所制得的传感器的电容-湿度曲线可以分三段线性拟合。
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