SnO2/polyvinyl alcohol nanofibers wrapped tilted fiber grating for high-sensitive humidity sensing and fast human breath monitoring

材料科学 聚乙烯醇 纳米纤维 相对湿度 栅栏 光纤 光电子学 包层(金属加工) 折射率 光学 复合材料 热力学 物理
作者
Dingyi Feng,Hongrong Zheng,Hao Sun,Jinze Li,Jiawei Xi,Li Deng,Yasong Guo,Biqiang Jiang,Jianlin Zhao
出处
期刊:Sensors and Actuators B-chemical [Elsevier BV]
卷期号:388: 133807-133807 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.snb.2023.133807
摘要

A fiber-optic humidity sensor based on excessively tilted fiber grating (Ex-TFG) wrapped with tin dioxide (SnO2)/polyvinyl alcohol (PVA) hybrid nanofibers is presented. Relative humidity (RH) rise causes the changes both in refractive index (RI) and geometry size of the film. The transmitted spectrum of the Ex-TFG changes as a result, owing to the strong interaction of the excited forward propagating cladding modes to the surface coating. Experimental results demonstrate the maximum intensity sensitivity of 0.43 dB/%RH in RH range of 35%−75%. Compared with pure PVA film coated ones, the RH sensitivity of the SnO2/PVA wrapped grating is vastly enhanced by one order of magnitude. The reticular morphology of electrospun SnO2/PVA film around the Ex-TFG promises the unimpeded permeation of water molecules, and then the sensor exhibits an ultrafast response of ∼67 ms and recovery times of ∼83 ms, by monitoring the human breathing with different rhythms. Lastly, the negligible spectral deformation to temperature perturbations verifies the temperature de-correlation of the designed RH sensor. This work indicates that the proposed SnO2/PVA nanofibers wrapped Ex-TFG can provide a simple, robust and high-sensitive optic device for healthcare monitoring, environmental and biochemical sensing applications.
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