柔性螺旋MWCNTs/ZSM-5/TOCNFs复合材料用于湿度与距离双模传感的可行性验证及其在关键设备健康监测中的应用研究

本推荐研究基于掩模辅助喷涂技术开发了一种新型柔性螺旋式MWCNTs/ZSM-5/TOCNFs复合传感器，实现了湿度（响应值2520.15%/90% RH，响应/恢复时间6.5/15 s）与距离的双功能检测。通过三相协同机制（MWCNTs构建导电通路，TOCNFs提供湿度选择性表面，ZSM-5分子筛形成水分子快速扩散纳米通道），该传感器在关键设备夹层健康监测中展现出重要应用潜力。

　　

亮点

引言

柔性电子传感器在新型智能系统中发挥着关键作用，为航空健康管理、关键设施监测和物联网（IoT）带来了变革性潜力。工业系统日益复杂——特别是在航空发动机间隙、轴承间隙和多层管道结构等密闭场景中——迫切需要先进的多参数传感解决方案（图1）。多种参数的监测...

材料

多壁碳纳米管（MWCNTs）（外径：10-20 nm，纯度 > 90%，长度 < 30 μm，图S1(a)）由成都时代纳米科技有限公司提供。ZSM-5（SiO₂/Al₂O₃ ≈ 38-40，钠型，图S1(b)）和乙醇（纯度：98%）由上海麦克林生化科技有限公司提供。TOCNF水溶液（0.5 wt%，图S1(c)）购自ScienceK有限公司。柔性印刷电路（FPC）基板和焊料由深圳市瑞兴迅电路板有限公司定制。

柔性螺旋元件的制备

图2(a)展示了...

表征

通过扫描电子显微镜（SEM）对M₂₀Z₂₀₀T_{0.125/0.25/0.5/1}、M₂₀Z₄₀₀T_{0.125/0.25/0.5/1}和M₂₀Z₈₀₀T_{0.125/0.25/0.5/1}的顶面/底面形貌进行了表征，如图S3-S5/图S6-S8所示。结果表明，成功制备了TOCNFs/MWCNTs/ZSM-5复合材料螺旋线（宽度：0.5 mm）与纯TOCNFs螺旋线（宽度：0.5 mm）交错的结构。随着ZSM-5含量的增加和TOCNFs含量的减少，复合材料表面粗糙度升高，产生了更多的纳米通道用于传输...

结论

本研究通过掩模辅助喷涂策略开发了由MWCNTs/ZSM-5/TOCNFs复合材料制成的柔性螺旋元件，用于湿度和距离的双功能检测。ZSM-5的引入创造了纳米通道，增强了元件中水分子的吸收/扩散。覆盖适量TOCNFs优化了复合材料中水分子的传输。优化后的元件（M₂₀Z₄₀₀T_0.25）表现出卓越的湿度电阻响应，达到2524.15%/90% RH...