福州大学研究生(福州大学研究生院)

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福州大学研究生，福州大学研究生院

成果简介

本文，福州大学赖跃坤教授课题组、南开大学包月平副教授等在《ACS Appl. Nano Mater.》期刊发表名字为“Carboxyl Graphene Oxide Functionalized Cotton Textile with Superwettable Patterns for Humidity Sensing”的论文，研究制备了羧基修饰的氧化石墨烯（GO-COOH），并将其沉积到柔性超湿花纹棉（SPC）中用于湿度感应。通过场发射扫描电子显微镜（FESEM）对所制备的电子SPC（ESPC）的形貌进行了描述。通过X射线衍射、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱比较GO-COOH和未改性GO的化学性质，研究了羧酸化过程。

然后，首次将所制备的ESPC应用于湿度传感，其中GO-COOH浸渍在SPC的超润湿图案中起到了重要作用。所制备的ESPC处理了一个高灵敏度的湿度传感，响应时间相当短（在ΔRH为60%时小于1秒），并且输出电流随着相对湿度（ΔRH）的增加而增加。输出电流受GO-COOH层厚度的影响，这可以通过改变有效面积（点的直径）以及加载量（GO-COOH的浓度）来控制。所制备的ESPC显示出高度的稳定性和耐用性，在隔夜洗涤后，输出电流没有显示出明显的变化。同时，ESPC的高灵活性被弯曲试验所证实，结果表明，即使经过2000次弯曲循环，它也能保持25nA的输出电流。高性能的非接触ESPC被进一步应用于人体呼吸感应测试，结果表明ESPC可以成为一种有前途的可穿戴健康监测材料。

图文导读

图1.（a） ESPC制备程序示意图和显示超湿性棉表面静态WCA的插入物;

（b–d）FESEM图像显示了超湿性棉花的表面形态：

（e） FESEM图像显示了低放大倍率下的合成织物。（f） 俯视图和（g） 横截面视图。

图2:（a） GO和GO–COOH的FTIR光谱；（b） GO和GO–COOH的拉曼光谱；GO和GO–COOH的XPS光谱：（c）GO的高分辨率C1s光谱；（d） GO–COOH的高分辨率C1s光谱。

图3。（a） 湿度响应曲线；（b） 提出的ESPC传感机制；（c） GO改性电子织物和GO–COOH改性电子纺织物的性能测试，插入物显示GO和GO–COOH ESPC的光学照片；（d–f）不同因素对ESPC输出电流的影响：（d）相对湿度；（e） 有效表面积和（f）GO–COOH浓度。

图4。制备的ESPC的性能测试

小结

本研究制备了用于湿度传感的GO-COOH改性超可湿性图案棉（ESPC）。这是第一份使用棉花作为湿度传感基材的报告。同时，与未改装的GO相比，GO-COOH表现出更高的性能。对不同的参数进行了调查，根据给出的结果，可以得出以下结论：

（1） 通过在棉花表面设计超级可湿性图案，通过简单的一步滴加方法制备了坚固灵活的GO/GO–COOH ESPC。

（2） GO–COOH改性的ESPC与GO改性的ESP相比显示出高得多的输出电流，这可能是由于GO–COO中引入羧基所致。

（3） 输出电流随相对湿度的增加而增加，当相对湿度为90%时，输出电流可达40nA。

（4） GO–COOH层的厚度可由GO–COO点的直径以及GO–COOH溶液的浓度控制。

（5） 在1500秒内进行了长期性能测试，其中可以保持输出电流。洗涤过夜后进行稳定性试验。

（6） 所制备的ESPC显示出高灵敏度（响应时间小于1秒）、长耐久性（1500秒测试）、高柔性（2000弯曲次数）和高稳定性（洗涤过夜）。

（7） 所制备的ESPC应用于呼吸传感，并可进一步用于可穿戴健康监测设备。

总的来说，新型GO–COOH功能化电子纺织品（ESPC）在人类健康监测应用中显示出很好的前景。同时，GO的羧化过程为提高传感性能提供了一种简单的方法。

文献：

https://doi.org/10.1021/acsanm.2c04343

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