成果简介
湿度传感器已广泛应用于环境监测、呼吸监测、电子皮肤、非接触式开关等。然而，柔性基板和导电填料之间的弱界面相互作用会降低传感性能。本文，浙江理工大学刘琳副教授、姚菊明教授团队在《ACS Appl. Polym. Mater》期刊发表名为“Construction and Performance of a Nanocellulose–Graphene-Based Humidity Sensor with a Fast Response and Excellent Stability”的论文，研究通过采用纤维素纳米纤维 (CNF) 分散提出了一种灵活、快速响应和耐用的湿度传感器。石墨烯(Gr) 作为湿度传感层，可以很容易地过滤到同质CNF薄膜 (CNFF)上以形成湿度传感器。
CNFs作为分散剂和粘合剂增强了石墨烯在CNFF基板的表面上。同时，CNFs 作为水库提供了丰富的吸附位点来捕获水分子并促进电子从吸附的水分子转移到石墨烯，通过在湿度条件下传感层的吸湿膨胀进一步放大电信号。得益于这种独特的组成和结构，制备的湿度传感器表现出快速响应（45s）和恢复时间（33s）、低滞后（4%）、宽 RH检测范围（15-99%）和长期稳定性（15 天）。此外，该传感器可以监测人体皮肤和人体呼吸的湿度，通过按需改变其 CNF与 Gr的成分比例，显示出多功能的非接触式湿度传感功能。
图文导读
图1. (a) CNF 的提取过程。(b) 采用 CNF 分散法制备湿度传感器的示意图石墨烯（①）作为湿度传感层，过滤到同质CNFF表面形成传感器（②）。
图2、不同DES处理条件下CNF/CNFF的SEM图像
图3. (a) 废纸浆和不同CNF的 TIR光谱。(b) 不同CNFF的水接触角 (WCA)。
图4、湿度传感器的传感性能
图5. (a) CNFF-Gr 10mg、(b) CNFF-CNF/Gr 1:0.5、(c) CNFF-CNF/Gr 1:1和(d) CNFF-CNF/Gr 1的响应曲线：2 个用于慢呼吸和正常呼吸的传感器。
小结
在这项工作中，通过采用导电 CNF/Gr 悬浮液作为湿度传感层，通过简单的过滤工艺将其涂覆在同质 CNFF 基板上，成功地制造了一种灵活、快速响应和耐用的湿度传感器。得益于这种独特的成分和结构，制备的湿度传感器表现出优异的传感性能和耐用性。此外，该传感器可以以非接触方式监测和区分人体皮肤和人体呼吸的湿度，表明在医疗保健系统和农工业生产中的应用前景广阔。
文献：https://doi.org/10.1021/acsapm.2c00188
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