江南大学:基于湿感电压产生的自供电碳墨/滤纸柔性湿度传感器

成果简介

纤维素纸基材料具有高度柔韧性、亲水性、低成本和环保等特点，是用作湿度传感器的良好基材。因此，开发一种制造简单、成本低、灵敏度高的纸基湿度传感器对于扩大其实际应用具有重要意义。本文，江南大学李晓强团队在《 Langmuir》期刊发表名为“Self-Powered Carbon Ink/Filter Paper Flexible Humidity Sensor Based on Moisture-Induced Voltage Generation”的论文，研究提出了一种基于日常用品（如书写和绘图碳墨 (CI)、纤维素滤纸 (FP) 和聚酯导电胶带）的 CI/FP 自供电湿度传感器，该传感器通过简单的浸涂和粘贴方法制成。

这种传感器是自供电的，纸基材料本身可以在潮湿的环境中吸收水分子，产生与湿度相关的电压和电流，可以间接反映环境的湿度水平。其特点是相对湿度（RH）感应范围宽（11–98%）、线性好（R2=0.97011）、、高响应电压 (0.19 V) 和出色的柔韧性（超过 1000 次弯曲）。这种湿度传感器可成功应用于监测人体健康（呼吸、咳嗽）、空气湿度和非接触式湿度传感（皮肤、潮湿物体）。这项工作不仅为柔性湿度传感器提出了一种低成本且简便的方法，而且为自供电可穿戴电子设备的开发提供了有价值的策略。

图文导读

图1. 自供电 CI/FP 湿度传感器的制作过程

图2. (a) 纯FP、CI/FP薄膜和碳油墨的 FTIR 光谱。(b) 纯 FP和CI/FP薄膜的 XRD图谱。(c) XPS全扫描光谱，(d) O1s 光谱，(e) CI/FP薄膜的O1s光谱。(f) CI/FP 薄膜的动态接触角随时间变化。

图3. 自供电CI/FP湿度传感器在不同RH下的响应性能

图4. 自供电CI/FP湿度传感器的可重复性和稳定性。

图5. 自供电CI/FP湿度传感器响应机制示意图。

图6、CI/FP湿度传感器的应用

小结

总之，我们使用简单的浸涂和粘贴方法开发了一种简便、低成本、灵活的自供电 CI/FP 湿度传感器，该传感器可以通过吸附来自潮湿环境的水分子来产生与湿度相关的电压。这种湿度传感器在监测人体健康（呼吸、咳嗽）、监测空气湿度、非接触式湿度传感和为电子元件供电等应用方面具有巨大潜力。

文献：

https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.2c00566