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全印刷、快速響應(yīng)柔性濕度傳感器及其多功能應(yīng)用最新研究進(jìn)展1

對睡眠障礙病人的呼吸狀態(tài)監(jiān)測是常用的輔助診療手段之一。由于人體呼吸時(shí)會(huì)引起口鼻附近濕度的變化，因此，可以借助濕度傳感器來監(jiān)測人的呼吸狀態(tài)。剛性濕度傳感器在使用過程中容易使人體產(chǎn)生較強(qiáng)的不適感，考慮到薄膜狀態(tài)的柔性濕度傳感器具有良好的柔韌性，能夠貼附在各種物體表面監(jiān)測濕度變化情況，更有利于其推廣和應(yīng)用。其中柔性電阻式濕度傳感器由于制備過程簡單，成本低，等優(yōu)勢，得到了廣泛研究。然而，目前絕大多數(shù)電阻式柔性濕度傳感器采用滴涂或旋涂的方法制備，難以實(shí)現(xiàn)圖案化和大批量生產(chǎn)。同時(shí)，采用碳納米材料或?qū)щ娋酆衔锏葷穸让舾胁牧系娜嵝噪娮枋綕穸葌鞲衅鬟€面臨著響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間長、靈敏度低等問題，限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。為了滿足不同應(yīng)用場景的多樣化需求，以快速、低成本、大批量的方法制備得到具有快速響應(yīng)能力、高靈敏度以及寬響應(yīng)范圍的柔性濕度傳感器是十分必要的。

近日，武漢大學(xué)吳偉教授課題組報(bào)道了一種通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備的基于六方相氧化鎢納米線的柔性濕度傳感器，該傳感器具有寬響應(yīng)范圍、高靈敏度、快速響應(yīng)的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)快速、批量化制備，可用于人體呼吸頻率監(jiān)測、非接觸式傳感以及包裝開啟狀態(tài)檢測。

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圖1 柔性濕度傳感器的制備及應(yīng)用示意圖

該團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)合成了以(001)晶面為主要生長和暴露晶面的六方相氧化鎢納米線，表現(xiàn)出更強(qiáng)的化學(xué)吸附能力和濕度敏感性，通過將其油墨化處理得到具有良好印刷適性的功能油墨，并采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在聚對苯二甲酸乙二醇酯基底表面上制備了電阻式柔性濕度傳感器。所制備的柔性濕度傳感器具有寬響應(yīng)范圍（11-95% RH）、高靈敏度、較快的響應(yīng)速度（1.5 s）和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，并展示了該傳感器在人體呼吸頻率監(jiān)測、非接觸式傳感，以及藥品包裝開啟監(jiān)測等領(lǐng)域的多功能應(yīng)用潛力。得益于絲網(wǎng)印刷的技術(shù)優(yōu)勢，還可以輕松的通過改變濕度敏感層和叉指電極層的制備參數(shù)調(diào)控濕度傳感器的性能，以滿足特定應(yīng)用的不同要求。

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圖2（a, b）傳感器用于監(jiān)測不同呼吸頻率及狀態(tài)；（c, d）傳感器用于非接觸式傳感及開關(guān)；（e）藥品包裝開啟狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用；（f）大面積傳感陣列應(yīng)用示例

這項(xiàng)工作得到了國家高層次人才特殊支持計(jì)劃、武漢市知識創(chuàng)新專項(xiàng)項(xiàng)目、武漢大學(xué)自主科研項(xiàng)目和武漢大學(xué)中南醫(yī)院轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)及交叉學(xué)科研究聯(lián)合基金的支持。

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