醋酸纤维素/氯化钴比色湿度传感器研究

孙倩 阚燕 秦晓雨 晋阳 李晓强 高德康

摘要： 为获得具有比色效果的纳米纤维湿度传感器，文章以醋酸纤维素（CA）和氯化钴（CoCl2）为原料，采用静电纺丝技术制备了CA/CoCl2复合纳米纤维膜。文章分别采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪对其表面形貌和微观结构进行表征分析，使用紫外-可见分光光度计和电化学工作站测试分析纤维在不同湿度下的反射光谱及电流-电压关系和动态响应曲线。结果表明：随着湿度的增加，纤维膜呈现出蓝色到粉色的颜色变化，并且该颜色变化过程可逆;CA/CoCl2传感器在2 s内，电流可从0.328 nA增长到1 717.963 nA，动态响应和恢复速度都很快。

关键词： 比色湿度传感器;纳米纤维;氯化钴;醋酸纤维素;反射光谱

中图分类号： TS102.5

文献标志码： A

文章编号： 10017003（2021）01003406

引用页码： 011106

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.01.006（篇序）

Colorimetric humidity sensor based on cellulose acetate/CoCl2 nanofibers

SUN Qian1， KAN Yan1， QIN Xiaoyu1， JIN Yang1， LI Xiaoqiang1，2， GAO Dekang2

（1.College of Textile Science and Engineering， Jiangnan University， Wuxi 214122， China; 2.Bosideng International Holding Co.， Ltd.， Suzhou 215532， China）

Abstract：

To gain nanofiber humidity sensor with colorimetric effect， CA/CoCl2 composite nanofibers were prepared with electrospinning by using cobalt chloride（CoCl2） and cellulose acetate（CA） as raw materials. Scanning electron microscope and X-ray diffractometer were used to characterize and analyze the surface morphology and microstructure of the CA/CoCl2 nanofibers. The ultraviolet-visible spectrophotometer and electrochemical workstation were adopted to test and analyze the relationship between reflection spectrum and current-voltage and the dynamic response curve of the fibers under different humidity. The results showed that with the increase of humidity， the fibrous membrane presented the color change from blue to pink， and the color change process was reversible. The CA/CoCl2 sensor could increase the current from 0.328 nA to 1 717.963 nA within 2 s， with fast dynamic response and recovery.

Key words：

colorimetric humidity sensor; nanofibers; cobalt chloride; cellulose acetate; reflection spectrum

湿度与人们的生活及生产活动密切相关，目前已经被广泛地应用到气象观测、农业、医学、气象学、生物化学等领域[1-3]。因此，研制能够监测生活中湿度变化的传感器具有一定的现实意义。目前为止，国内外已有大量研究采用电阻、电容、场效应晶体管等来实现湿度传感的目的[4-6]。但是，以上方法制作复杂且都需要专用的监测仪器将湿度转换为电信号。以聚酰胺纳米纤维为例，可以利用石英晶体微天平（QCM）[7]进行湿度传感，但是由于疏水聚合物表面的水分子吸附能力较差，这种纳米纤维湿度传感器的响应时间较长（约120 s）;基于LiCl改性的聚偏氟乙烯湿度传感器具有非常短的响应时间和恢复时间[8]，但是制作过程较为复杂。……