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用织物做的湿度传感器,不仅选择性强而且稳定性好

发表时间:2020/8/13

随着社会的发展及技术的进步,人们对柔性可穿戴电子设备的关注度越来越高,电子智能纺织品发展潜力巨大且市场前景极为广阔。智能纺织品在人体生理信号监测、压力和温湿度检测、能量储存、气体传感器以及生物传感器等方面的应用非常广泛。



其中,湿度的检测与人类生活息息相关,例如其在建筑、化学制药、食品、农业等各个领域中都有应用。但是,湿度检测往往面临着多种其他条件的干扰,因此,湿度传感器在不同工作环境下的选择性与稳定性变得极为重要。

金属有机骨架(MOF)材料不仅具有无机材料高度规整的形貌,而且具有有机材料的多化学功能性特点,因此,MOF是制备智能纺织品的理想材料之一。基于此,沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的研究人员以MOF为活性功能层对亚麻和棉两种织物进行功能改性,制备出了高性能柔性湿度传感器(TEX)。


不同基底MOF湿度传感器性能对比


研究人员利用Langmuir-Blodgett(LB)技术将MIL-96(Al)MOF薄膜分别直接沉积在亚麻和棉质织物表面,测试结果表明,与纯棉织物相比,MOF在亚麻织物表面的覆盖率更高、湿度传感性能更为优异。


织物表面MOF沉积覆盖情况测试


从SEM形貌表征来看,亚麻织物的纤维直径比棉织物更小、排列更整齐,更有利于LB功能膜在表面的沉积,因此MOF涂层在亚麻织物的表面分布更为均匀致密,以亚麻织物为基底的TEX的传感性能更加优异。


纤维及其表面的SEM图像


系统测试表明,所制备的TEX具有优异的循环性能稳定性,在不同温度条件下以及长达3周的存放后仍具有灵敏、稳定的湿度响应性。


湿度传感器循环性能测试


此外,研究团队对混合气体氛围条件下该湿度传感器对湿气的选择性进行测试。在水、甲醇、乙醇、丙酮、苯、甲苯及氯仿的混合氛围下(VOCs 5000 mg/kg),TEX对水蒸汽呈现明显的高选择性。该研究成果对MOF材料以及其他纳米功能材料在智能纺织品构筑方面的应用具有一定的指导意义。


湿度传感器对水蒸汽的高选择性


(来源:纺织导报官微)