Hydrophobic Multifunctional Flexible Sensors with a Rapid Humidity Response for Long-Term Respiratory Monitoring

湿度 材料科学 相对湿度 呼吸监测 气流 碳纳米管 响应时间 纳米技术 光电子学 复合材料 计算机科学 呼吸系统 气象学 机械工程 工程类 内科学 计算机图形学(图像) 物理 医学
作者
Yafei Sun,Xiping Gao,A Shiwei,Hanqing Fang,Min Lü,Dahu Yao,Chang Lu
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:11 (6): 2375-2386 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.2c06162
摘要

Slow humidity response and poor tolerance to high humidity environments limit the application of humidity sensors for respiratory monitoring. Herein, a flexible humidity sensor with a structure composed of multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) firmly attached to the surface wrinkles of a natural latex film was fabricated by a simple swelling-self-assembly method. The weak interaction bond between MWCNTs and water molecules affords the sensor a humidity response time that is as low as 0.7 s and a wide humidity detection range (0–100%), enabling it to be used to accurately detect human respiration at a frequency of 1 Hz. The wrinkled structure of the sensor surface increases the contact area between the MWCNTs and the airflow, thus improving the sensitivity to humidity in the airflow. The near-superhydrophobic surface (contact angle = 143.5°; roll-off angle = 5°) enables the sensor to be used to accurately detect human respiration for extended periods of time in high humidity environments. The firmly attached MWCNTs ensure the stability and robustness of the sensor for humidity detection. In addition, the sensor can be used to detect trace organic solvents in water in a noncontact mode. The above advantages enable the sensor to be used to monitor a user's respiration in real time and even to identify the vocal characteristics of the user, indicating its potential application in wearable devices.

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