基于聚丙烯酸钠/石墨烯墨水的相对电阻技术测定新鲜胶乳干胶含量的传感材料研究

本研究针对天然胶乳干胶含量(DRC)和总固含量(TSC)传统检测方法耗时、成本高的问题，开发了聚丙烯酸钠(SPA)/石墨烯墨水/PET传感材料，通过测量胶乳水分蒸发导致的空气湿度变化引起的相对电阻变化(%ΔR)，建立了%ΔR与TSC、DRC的线性关系方程，测量误差小于±1.0%，单个传感器可重复使用约20次，为胶乳质量快速检测提供了新方法。

　　

天然橡胶作为重要的工业原料，其质量评估的关键指标——新鲜胶乳中的干胶含量(DRC)和总固含量(TSC)检测一直面临挑战。传统ISO标准方法虽然准确，但存在耗时长、成本高、难以现场应用的缺陷；而常用的Metrolac法又存在精度不足的问题。更棘手的是，新鲜胶乳中约60%的水分和复杂成分使得直接测量橡胶含量变得困难。这种困境严重影响了橡胶产业的交易效率和质量控制，亟需开发快速、准确且适合现场使用的检测技术。

在这一背景下，研究人员创新性地提出通过间接测量胶乳水分蒸发导致的空气湿度变化来推算DRC的新思路。该研究设计了一种基于聚丙烯酸钠(SPA)和石墨烯墨水的复合传感材料，将石墨烯墨水通过丝网印刷技术沉积在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底上，并涂覆不同浓度(1%、2%、5% w/v)的SPA层作为湿度敏感材料。通过系统优化测试条件（包括胶乳体积和温度），建立了相对电阻变化(%ΔR_max
)与TSC、TSC与DRC之间的线性关系方程，最终实现了通过电阻变化快速推算DRC的目标。这项发表在《Next Materials》上的研究，为解决橡胶产业的质量控制难题提供了创新解决方案。

研究采用了多项关键技术：丝网印刷技术制备石墨烯墨水/PET传感器；扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析材料形貌与元素组成；拉曼光谱表征材料结构；接触角测试评估亲水性；电流-电压(I-V)特性测试优化检测条件；建立%ΔR与TSC、DRC的数学关系模型。

【物理性质】SEM显示SPA涂层使传感器表面更光滑，5% SPA涂层的接触角降至41.8±4.7°，显著提升了亲水性。拉曼光谱证实SPA的引入增强了材料湿度敏感特性，其中514cm^-1
等特征峰随SPA浓度增加而明显。

【电学性能】优化实验确定100mL胶乳体积和60°C为最佳测试条件，此时%ΔR变化显著且恢复时间仅84秒。建立的数学关系显示：TSC=-1.005×(%ΔR_max
)+79.185(R²
=0.999)；DRC=0.922×(TSC)+0.283(R²
=0.999)，模型解释度高达99.9%。

【准确性验证】与标准方法对比，DRC计算值的误差保持在±1.0%以内。传感器表现出良好的一致性，10次重复测量的%ΔR为33.75±0.66，且可重复使用20次后仍保持稳定性能。

这项研究的重要意义在于：首次将湿度传感技术创新性地应用于胶乳质量检测，通过非接触式测量避免了样品污染；开发的SPA/石墨烯墨水传感器具有成本低、响应快（2分钟内完成测量）、精度高（误差<1.0%）和可重复使用（约20次）等优势；建立的数学模型实现了从电阻变化到DRC值的直接换算，为开发便携式检测设备奠定了理论基础。相比微波、电容等现有技术，该方法在操作简便性和现场适用性方面具有明显优势，有望革新橡胶产业的质量控制方式。不过研究者也指出，当前建立的数学模型仅适用于特定测试条件，未来需要进一步扩大样本范围和优化条件参数以提高普适性。