基于等离子体处理氧化石墨烯的高性能可穿戴柔性湿度传感器：医疗监测与非接触传感的创新突破

氧化石墨烯（GO）基湿度传感器在实际应用中存在灵敏度低、响应速度慢和稳定性差等问题。研究人员制备基于等离子体氧化石墨烯（P - GO）的柔性湿度传感器，其灵敏度提高近 10 倍，在 7% - 97% 湿度范围响应稳定灵敏，在医疗监测领域潜力巨大。

　　在现代科技飞速发展的浪潮中，柔性电子产品逐渐融入人们的生活，尤其是在医疗监测领域，对柔性湿度传感器的需求日益增长。氧化石墨烯（GO）因对水分子有良好亲和性，常被用于制造湿度传感器。像 Han 等人用聚酰亚胺气凝胶和氧化石墨烯复合材料开发出平行柔性电容式湿度传感器，Alrammouz 等人将氧化石墨烯传感层整合到纸基底制备电容式湿度传感器，Sun 等人用氧化石墨烯与纤维素复合材料开发用于呼吸和睡眠监测的湿度传感器 。

然而，氧化石墨烯在实际应用中却面临诸多挑战。其灵敏度不足，无法精准捕捉细微的湿度变化；湿度响应缓慢，不能及时反馈环境湿度的改变；稳定性欠佳，长期使用易出现性能波动。以往为提升氧化石墨烯性能所采用的化学处理、表面活性剂分散、离子注入等方法，不仅实验步骤繁琐耗时，还可能需要昂贵的泵送设备，而且处理过程易残留溶剂，造成环境污染。因此，寻找一种高效、易操作且无化学污染风险的表面改性方法迫在眉睫。

为解决这些问题，河北工业大学的研究人员开展了基于等离子体处理氧化石墨烯的柔性湿度传感器的研究。他们制备了以等离子体氧化石墨烯（P - GO）薄膜为湿敏层，叉指结构的激光诱导石墨烯（LIG）为电极层，聚二甲基硅氧烷（PDMS）为柔性基底的传感器。研究发现，经 180 秒等离子体处理的 P - GO 薄膜表面水接触角从 50° 降至 10°，达到超亲水状态 。基于 P - GO 的柔性湿度传感器灵敏度比 GO 传感器提高近 10 倍，在 7% - 97% 的宽相对湿度范围内能稳定灵敏响应，响应 / 恢复速度分别为 15 秒 / 9 秒，60 天内稳定性高。此外，该传感器在呼吸检测和非接触检测应用中表现良好，在医疗监测领域展现出巨大的应用潜力。这项研究成果发表在《Applied Surface Science》上，为柔性湿度传感器的发展开辟了新方向，有望推动医疗监测技术的革新，提升相关设备的性能。

在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：首先，使用 CO₂激光打标机制备 LIG 叉指电极；其次，采用扫描电子显微镜（SEM）获取样品的表面微观图像，用于分析材料表面形貌；最后，利用等离子体处理技术，通过 Ar + EtOH + O₂等离子体射流对 GO 薄膜进行表面改性。

下面来看具体的研究结果：

• 材料制备与表征：研究人员先将 PI 胶带平整粘贴在玻璃板基底上，通过激光打印在 PI 基底上形成图案化的 LIG 作为电极，再用 PDMS 转移图案化的 LIG，滴涂 GO 并风干形成薄膜，最后用 Ar + EtOH + O₂等离子体射流处理，成功制备出基于 P - GO 的柔性湿度传感器。
• 性能测试：经测试，等离子体处理 180 秒的 P - GO 薄膜表面水接触角显著降低，表明其亲水性大幅提升。基于 P - GO 的柔性湿度传感器灵敏度较 GO 传感器显著提高，这得益于 P - GO 薄膜表面更粗糙，且表面含氧官能团 C - O 和 C = O 的相对含量分别增加 6.28% 和 8.49% 。该传感器在 7% - 97% 的宽相对湿度范围内，响应 / 恢复速度快，分别为 15 秒 / 9 秒，并且在 60 天内展现出高稳定性。
• 应用测试：研究人员将基于 P - GO 的柔性湿度传感器应用于呼吸检测和非接触检测，结果显示其在这些应用场景中具有良好的检测能力，为医疗监测领域提供了新的可能。

研究结论和讨论部分表明，该研究成功制备了基于等离子体处理氧化石墨烯的柔性湿度传感器。等离子体处理使材料表面更粗糙、亲水性增强，提升了传感器的灵敏度等性能。该传感器在医疗监测和非接触传感方面展现出巨大潜力，有望推动相关领域的技术进步，为未来可穿戴设备和医疗健康监测的发展提供有力支持，在生命科学和健康医学领域具有重要的应用价值和研究意义。