High performance humidity sensors based on patterned graphene oxide films for real-time healthcare and environmental monitoring

制作 材料科学 石墨烯 纳米技术 可扩展性 可控性 氧化物 基质(水族馆) 电极 计算机科学 光电子学 无线传感器网络 环境监测 超短脉冲 微型加热器 半导体器件制造
作者
Mengxuan Huang,Jiaorui He,Kaifeng Wang,Lian Wu,Pei He,Junliang Yang
出处
期刊:Journal of Physics D [Institute of Physics]
卷期号:59 (13): 135305-135305
标识
DOI:10.1088/1361-6463/ae54a6
摘要

Abstract Real-time monitoring in healthcare and environmental fields demands humidity sensors with high precision and fast response. Their development is constrained by challenges in scalable and controllable fabrication of patterned sensing films. This paper proposes a controlled fabrication method for patterned graphene oxide (GO) films by integrating substrate wettability regulation with a doctor-blading process, addressing the challenges in the scalable fabrication of high-precision humidity sensors. A wettability-confined strategy is employed to construct precise hydrophilic–hydrophobic interfaces on substrates, enabling the selective and uniform deposition of GO solutions without the ‘coffee-ring effect’. Systematic characterization confirms the method’s high controllability and material stability. Based on an equivalent circuit model, this study thoroughly analyses the influence mechanisms of key parameters—such as effective area and electrode spacing—on impedance and capacitance. The optimized sensor exhibits high sensitivity, low hysteresis, and ultrafast response/recovery times (0.36 s/0.32 s). Furthermore, the sensor is integrated into a wireless monitoring system for detecting environmental humidity, demonstrating its great potential in the monitoring of relative tidal volume variations and real-time human healthcare applications. This work provides a versatile and scalable strategy for fabricating high-performance patterned films for next-generation flexible electronics.
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