湿度调控的未处理/碱处理及聚苯胺包覆蕉麻纤维导电机理研究及其在生物电子传感中的应用

本文系统研究了马尼拉麻（Musa textilis）纤维在未处理、碱处理及聚苯胺（Pani）包覆条件下的湿度依赖型导电机理。通过电流-电压（J-V）特性曲线和电化学阻抗谱（EIS）分析，揭示了半纤维素水吸附对陷阱态电荷传输的影响、碱处理对欧姆行为的调控作用，以及Pani涂层通过极化子载流子提升导电性的机制，为开发绿色湿度响应电子器件提供了新策略。

　　

Section snippets

Lignocellulose fiber preparation

原始木质纤维素（LC）纤维直接采集自菲律宾马尼拉麻（Musa textilis，俗称蕉麻，S2级）。将约40 mg切断的纤维浸入100 mL氢氧化钠（NaOH）水溶液（5 wt%）中30分钟，用自来水冲洗至pH值为7，随后在80°C下烘干2小时。

Polyaniline deposition on lignocellulose

通过化学氧化聚合法在木质纤维素纤维基底上合成聚苯胺（Pani）……

FTIR analysis of molecular structure

图2展示了未处理木质纤维素（ULC）、处理后木质纤维素（TLC）及其聚苯胺包覆样品的傅里叶变换红外光谱（FTIR）。未处理与处理后LC的关键差异在于1730 cm^-1处峰强度显著降低，该峰归属于半纤维素和果胶中羧基的C=O振动。此外，1245 cm^-1处峰强度下降，原因在于去除了结合纤维束的蜡质表皮组织、果胶和半纤维素，或源于木质素中C–O基团的振动。

Conclusions

本研究强调了未处理、碱处理及Pani包覆木质纤维素在不同湿度下导电性和导电机理的显著差异。J-V分析揭示了木质纤维素存在两到三种不同的传导机制（跃迁传导、欧姆传导和空间电荷限制传导）。研究进一步提出了水分子-纤维素相互作用的调控机制及其导电机理：吸附水分通过形成陷阱态和提供离子载流子促进电荷传输，而碱处理去除半纤维素后降低了导电性。Pani涂层则通过极化子载流子实现欧姆传导和更高电导率，为生物友好型湿度响应器件开发提供了理论基础。