自支撐可水洗濕度傳感器可用來判斷使用者的健康狀況

濕度傳感器在環(huán)境監(jiān)測、數(shù)字健康管理和非接觸式人機(jī)交互領(lǐng)域的應(yīng)用一直是研究熱點(diǎn)。針對現(xiàn)有的濕度敏感材料在面對冷凝或液態(tài)水時器件性能不穩(wěn)定的問題，英國曼徹斯特大學(xué)李翼教授研究團(tuán)隊提出了一種在偽石墨材料表面可控地增加含氧基團(tuán)來制備自支撐濕度傳感器的方法。通過該方法，制備了氧化碳化織物（OCF）濕度傳感器，研究人員首先把棉布在600℃下碳化，再放入濃硫酸/濃硝酸的混合溶液里氧化形成帶有大量含氧官能團(tuán)的石墨結(jié)構(gòu)。

研究人員對該傳感器進(jìn)行了標(biāo)定并討論了其傳感機(jī)理。隨著氧化程度的增加，器件對90%的濕度環(huán)境的響應(yīng)會顯著提高。此外，他們還發(fā)現(xiàn)器件的靈敏度和含氧基團(tuán)的百分比有很高的線性關(guān)聯(lián)（r2=97.39%）。對于器件的吸濕機(jī)理，研究人員解釋，環(huán)境中的濕氣會和纖維表面的含氧基團(tuán)形成氫鍵，高濕度情況下，電子更容易在含氧基團(tuán)間跳動，所以器件的電阻會大幅度降低。

實(shí)驗(yàn)表明，該傳感器氧化3h 后，仍具有和商用濕度傳感器類似的響應(yīng)速度和優(yōu)異的動態(tài)穩(wěn)定性，且在不同形變，如彎曲、扭曲、打結(jié)時都能正常工作。更重要的是，該器件在潤濕和機(jī)洗后都能正常使用，這一點(diǎn)突破了傳統(tǒng)的濕度傳感器。此外，雖然器件在低溫下響應(yīng)較慢，但飽和濕度時的電阻變化率幾乎沒有區(qū)別。

通過無人機(jī)，該傳感器成功監(jiān)測到不同高度的大氣濕度差異。此外，其還可以監(jiān)測土壤濕度和環(huán)境濕度。研究人員演示了通過傳感器監(jiān)測呼吸頻率，并用藍(lán)牙傳送到個人手機(jī)上，再利用深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行識別和辨認(rèn)。訓(xùn)練之后，其對呼吸快慢的判斷具有非常高的準(zhǔn)確性，未來可以用來判斷使用者的健康狀況（哮喘、昏迷等）。在非接觸式交互中，研究人員通過定位手（指）和傳感器間的距離，可以傳遞不同信號給機(jī)器，顯示出良好的應(yīng)用前景。

（摘編自高分子科技）