氧化石墨烯涂层纤维界面的一步法湿法静电纺丝制备用于柔性湿度传感的材料

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：One-step wet electrospinning of graphene oxide-coated fibrous interfaces for flexible humidity sensing

　　

摘要

在本研究中，我们采用GO辅助的湿法电纺/凝固技术，探究聚合物基体化学如何调控直接集成在交叉电极芯片上的柔性纤维涂层中GO的界面排列及其湿度响应行为。研究重点在于将这一方法直接应用于湿度传感界面，以及分析PLA和PVDF基纤维涂层中GO的基体依赖性排列规律。该工艺通过将聚合物溶液电纺入含有分散GO的凝固浴中，使得纤维沉淀、溶剂与非溶剂交换以及界面GO吸附同时发生。由此可形成柔性微/纳米纤维涂层，这些涂层中GO倾向于聚集在纤维表面，从而形成基于基体的不同GO富集界面结构：在PLA中为类套筒状的GO富集层，而在PVDF中则为无后续处理下的不连续或部分嵌入的GO富集区域。湿法电纺工艺通过扩散诱导相分离作用形成了多孔纤维结构，而富含GO的外层则产生了亲水性和电活性区域，能够与水蒸气产生强烈相互作用。当这些涂层集成到交叉金电极芯片上时，只有含有GO的系统在相对湿度40%以上时表现出可重复的电阻上升现象，在连续三个循环中，其在40%、60%和80%相对湿度下的标准化响应值分别约为4%、8%和16%。这种传感行为似乎主要受GO的存在及其表面化学性质的影响，其机制可归因于水吸附、GO膨胀、片层间距及隧穿障碍的调节，以及通过氢键网络实现的质子传输。除了湿度传感之外，该方法还提供了一种灵活的框架，通过结合工艺诱导的层次化结构与表面限定的纳米碳功能，来设计多功能聚合物/GO界面。