膨潤抑制キトサン基複合薄膜による高感度高速応答湿度センサーの実現

WANG Yuyang ,  

DU Xianruo ,  

YE Zhijun ,  

ZHENG Gaofeng ,  

CUI Jingqin ,  

YAN Huangping ,  

摘要

キトサンはバイオベース材料として環境親和性と優れた吸湿能力を兼ね備えていますが、その固有の高い湿潤膨潤特性により、センサーは応答速度の遅さと長期信頼性の低さという問題を抱えています。これらの問題に対処するため、本研究ではキトサン-二硫化モリブデン複合材料を基盤とした湿度センサーを提案し、高感度かつ迅速な応答を実現することを目的としました。二次元の二硫化モリブデンナノシートをキトサンマトリックスに導入し、架橋ネットワークを有するキトサン-二硫化モリブデン複合湿度感応薄膜を構築しました。評価および性能試験の結果、二硫化モリブデンナノシートは水素結合によりキトサンと架橋ネットワークを形成するだけでなく、物理的バリア層も構築し、高湿度条件下での材料の膨潤現象を効果的に抑制するとともに、薄膜の水分子吸着能力および界面分極効果を強化していることが示されました。作製したキトサン-二硫化モリブデンセンサーは、広い動作湿度範囲(7%RH~95%RH)、高い感度(14,200 pF/%RH)、短い応答/回復時間(15/25秒)、良好な再現性(5回サイクルの相対標準偏差2.08%)および長時間安定性(120時間減衰なし)を有しています。さらに、本センサーは呼吸パターン認識および非接触型人機インタラクションにおいて潜在的な応用価値を示しています。本研究は、高性能かつ安定した湿度センサーの開発に向けた有効な設計および製造戦略を提供します。

关键词

湿度センサー;キトサン-二硫化モリブデン;膨潤抑制;高感度;高速応答

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