重磅!福州大學在柔性超濕棉中製備的氧化石墨烯應用於濕度傳感

材料分析與應用 發佈 2022-12-27T12:32:55.560590+00:00

成果簡介本文,福州大學賴躍坤教授課題組、南開大學包月平副教授等在《ACS Appl. Nano Mater.

成果簡介

本文,福州大學賴躍坤教授課題組、南開大學包月平副教授等在《ACS Appl. Nano Mater.》期刊發表名字為「Carboxyl Graphene Oxide Functionalized Cotton Textile with Superwettable Patterns for Humidity Sensing」的論文,研究製備了羧基修飾的氧化石墨烯(GO-COOH),並將其沉積到柔性超濕花紋棉(SPC)中用於濕度感應。通過場發射掃描電子顯微鏡(FESEM)對所製備的電子SPC(ESPC)的形貌進行了描述。通過X射線衍射、X射線光電子能譜、傅立葉變換紅外光譜和拉曼光譜比較GO-COOH和未改性GO的化學性質,研究了羧酸化過程。

然後,首次將所製備的ESPC應用於濕度傳感,其中GO-COOH浸漬在SPC的超潤濕圖案中起到了重要作用。所製備的ESPC處理了一個高靈敏度的濕度傳感,響應時間相當短(在ΔRH為60%時小於1秒),並且輸出電流隨著相對濕度(ΔRH)的增加而增加。輸出電流受GO-COOH層厚度的影響,這可以通過改變有效面積(點的直徑)以及加載量(GO-COOH的濃度)來控制。所製備的ESPC顯示出高度的穩定性和耐用性,在隔夜洗滌後,輸出電流沒有顯示出明顯的變化。同時,ESPC的高靈活性被彎曲試驗所證實,結果表明,即使經過2000次彎曲循環,它也能保持25nA的輸出電流。高性能的非接觸ESPC被進一步應用於人體呼吸感應測試,結果表明ESPC可以成為一種有前途的可穿戴健康監測材料。

圖文導讀

圖1.(a) ESPC製備程序示意圖和顯示超濕性棉表面靜態WCA的插入物;

(b–d)FESEM圖像顯示了超濕性棉花的表面形態:

(e) FESEM圖像顯示了低放大倍率下的合成織物。(f) 俯視圖和(g) 橫截面視圖。

圖2:(a) GO和GO–COOH的FTIR光譜;(b) GO和GO–COOH的拉曼光譜;GO和GO–COOH的XPS光譜:(c)GO的高解析度C1s光譜;(d) GO–COOH的高解析度C1s光譜。

圖3。(a) 濕度響應曲線;(b) 提出的ESPC傳感機制;(c) GO改性電子織物和GO–COOH改性電子紡織物的性能測試,插入物顯示GO和GO–COOH ESPC的光學照片;(d–f)不同因素對ESPC輸出電流的影響:(d)相對濕度;(e) 有效表面積和(f)GO–COOH濃度。

圖4。製備的ESPC的性能測試

小結

本研究製備了用於濕度傳感的GO-COOH改性超可濕性圖案棉(ESPC)。這是第一份使用棉花作為濕度傳感基材的報告。同時,與未改裝的GO相比,GO-COOH表現出更高的性能。對不同的參數進行了調查,根據給出的結果,可以得出以下結論:

(1) 通過在棉花表面設計超級可濕性圖案,通過簡單的一步滴加方法製備了堅固靈活的GO/GO–COOH ESPC。

(2) GO–COOH改性的ESPC與GO改性的ESP相比顯示出高得多的輸出電流,這可能是由於GO–COO中引入羧基所致。

(3) 輸出電流隨相對濕度的增加而增加,當相對濕度為90%時,輸出電流可達40nA。

(4) GO–COOH層的厚度可由GO–COO點的直徑以及GO–COOH溶液的濃度控制。

(5) 在1500秒內進行了長期性能測試,其中可以保持輸出電流。洗滌過夜後進行穩定性試驗。

(6) 所製備的ESPC顯示出高靈敏度(響應時間小於1秒)、長耐久性(1500秒測試)、高柔性(2000彎曲次數)和高穩定性(洗滌過夜)。

(7) 所製備的ESPC應用於呼吸傳感,並可進一步用於可穿戴健康監測設備。

總的來說,新型GO–COOH功能化電子紡織品(ESPC)在人類健康監測應用中顯示出很好的前景。同時,GO的羧化過程為提高傳感性能提供了一種簡單的方法。

文獻:

https://doi.org/10.1021/acsanm.2c04343

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