電紡PVA/TiC納米纖維用於高性能電容式溼度傳感

2021-01-07 易絲幫

Microchem. J.：電紡PVA/TiC納米纖維用於高性能電容式溼度傳感

DOI:10.1016/j.microc.2020.104974

在本工作中，通過將TiC 納米粒子添加到聚乙烯醇基體中，隨後採用最具成本效益的靜電紡絲技術，製備了基於聚合物PVA/TiC納米纖維的高性能電容式溼度傳感器。然後，通過SEM、XRD和FTIR對所製備的納米纖維進行表徵，從而揭示了兩種前驅體之間的牢固鍵合作用。測定了PVA/TiC納米纖維墊在100 Hz-100 kHz頻率範圍內的室溫溼敏性能。製備的溼度傳感器在線性電容特性方面顯示出良好的電容溼度響應，在100 Hz的頻率下，具有2.8/1.7 s的響應/恢復時間、1277355.0％的靈敏度、良好的重複性和出色的穩定性。此外，在加溼和除溼循環中，傳感器在100 Hz下表現出2.8％的小滯後。所製備的納米纖維基傳感器還顯示出對1％至90％相對溼度變化的高靈敏度。PVA/TiC納米纖維的這些優良特性使所製備的溼度傳感器能夠測定人體呼吸，並且可區分由鼻和口或運動前後產生的慢呼吸和快呼吸。

圖1.示意圖顯示了用於製備PVA/TiC納米纖維的靜電紡絲組件。

圖2.用於溼度感測的設置示意圖。

圖3.（a）微米級碳化鈦（b）碳化鈦納米顆粒的FTIR光譜。

圖4.（a）純PVA（b）PVA/2wt％TiC納米纖維的FTIR光譜。

圖5.（a）微米級TiC和（b）TiC納米顆粒的XRD衍射圖。

圖6.（a，b）純PVA和PVA/2wt％TiC納米纖維的XRD衍射圖。

圖7.（a）微米級碳化鈦、（b）TiC納米顆粒和（c）PVA/TiC納米纖維的SEM顯微照片。

圖8.（a，b）在不同的頻率下，PVA/TiC納米纖維的電容響應和C/Co％相對於不同相對溼度的關係。

圖9.（a）PVA/TiC納米纖維在100 Hz下的電容響應/恢復。（b）在100 Hz下，PVA/TiC納米纖維在1％RH和10％/60％/90％之間變化的電容響應/恢復循環。

圖10.PVA/TiC納米纖維的電容式吸附或解吸滯後曲線。

圖11.在100 Hz和不同的相對溼度水平下，PVA/TiC納米纖維的30天電容穩定性。

圖12.在相同的實驗過程中，在不同的相對溼度和100 Hz下製備的五個PVA/TiC納米纖維傳感器的實驗重複性。

圖13.（a）在靜止和運動10分鐘後針對人的呼吸以100 Hz進行的電容響應/恢復。（b）相對於100 Hz頻率下的電容響應/恢復變化，通過製備的PVA/TiC納米纖維監測人的口鼻呼吸。

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文章來源：易絲幫

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