基于纤维素/碳/有机染料复合材料的可降解湿度传感器：环境友好型器件的设计与性能研究

本文推荐一种以纤维素为基底、甲基橙染料（MOD）为功能层、多壁碳纳米管（MWCNTs）为电极的柔性湿度传感器。该器件通过涂覆工艺（drop-casting）制备，在26–98%RH湿度范围内表现出阻抗下降、电容升高的响应特性，具备可降解（Biodegradable）、低成本、易加工等优势，在医疗监护（如理疗湿度监测）和食品供应链湿度控制中具有应用潜力。

　　

Highlight

实验部分

实验采用商业多壁碳纳米管（MWCNTs）粉末（直径10–30 nm），以蒸馏水配制20–30 wt.%的浆料，通过涂覆法将纤维素条夹于MWCNTs电极间形成三明治结构（图1a）。器件活性区尺寸为长7 mm、宽5 mm、厚度100 μm。为进行对比分析，部分样品表面进一步修饰甲基橙染料（MOD）复合层。

结果与讨论

通过X射线衍射（XRD）对MWCNTs、纤维素和甲基橙染料的结构进行表征（图2）。纤维素基底在2θ为5°–19°范围内出现两个特征峰，并在25.5°（200）处显示尖锐衍射峰，对应纤维素典型填充结构。此外，在33.4°（110）、36.1°（01$\stackrel{?}{3}$）、43.3°（202）等位置观察到微弱峰群，可能与染料分子有序排列有关。

结论

本研究成功开发了基于纤维素基底的环境友好型柔性湿度传感器。对比MWCNTs/纤维素/MWCNTs与MWCNTs/MOD-纤维素/MWCNTs两种结构发现：阻抗模式下前者灵敏度更高，而电容模式下后者响应更优。因此，器件性能可通过活性层材料设计针对性优化，为资源有限地区的高性价比传感技术开发提供了新思路。