Polydopamine-modified MXene/cellulose nanofibers composite film for self-powered humidity sensing and humidity actuating

材料科学 湿度 纤维素 复合数 纳米纤维 复合材料 电解质 相对湿度 电池(电) 电导率 纳米技术 光电子学 化学工程 电极 功率(物理) 物理化学 工程类 物理 热力学 化学 量子力学
作者
Mimi Han,Wenhao Shen,Jean‐Pierre Corriou
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:123: 109445-109445 被引量:91
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2024.109445
摘要

Humidity sensors are of great significance in the domains of wearable electronic products, environmental and food quality monitoring, and human healthcare. In general, they necessitate an external power source in the form of a battery. Despite considerable efforts, developing self-powered sensing systems without reliance on an external power supply remains a major challenge. Herein, an electrochemical humidity sensor with primary battery structure based on redox reaction was designed, in which polydopamine (PDA)-modified MXene/TEMPO-oxidized cellulose nanofibers/LiCl (PDMM/TOCNFs/LiCl) composite film serves as electrolyte layer. The introduction of TOCNFs confers outstanding structural stability and superior tensile strength upon the composite film. Importantly, the hygroscopic and ionic conductivity properties of the PDMM/TOCNFs/LiCl electrolyte allow the sensor to generate spontaneous voltage over a wide relative humidity (RH) range of 11 – 91%. In addition, the developed sensor exhibits excellent humidity-sensing performances, including high voltage response, fast response/recovery time, and superior humidity-sensing stability. Moreover, mussel-inspired PDA improves the ambient stability of MXene by engineering interfacial interactions, which imparts the hygroscopic PDMM/TOCNFs/LiCl composite film with desirable stability for practical applications. Finally, the potential applications of the sensor and the composite film in human respiration, non-contact sensing, and humidity actuating are demonstrated. This work paves the way for the development of an innovative self-powered humidity sensing system.
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