自支撐可水洗濕度傳感器可用來判斷使用者的健康狀況

濕度傳感器在環境監測、數字健康管理和非接觸式人機交互領域的應用一直是研究熱點。針對現有的濕度敏感材料在面對冷凝或液態水時器件性能不穩定的問題，英國曼徹斯特大學李翼教授研究團隊提出了一種在偽石墨材料表面可控地增加含氧基團來制備自支撐濕度傳感器的方法。通過該方法，制備了氧化碳化織物（OCF）濕度傳感器，研究人員首先把棉布在600℃下碳化，再放入濃硫酸/濃硝酸的混合溶液里氧化形成帶有大量含氧官能團的石墨結構。

研究人員對該傳感器進行了標定并討論了其傳感機理。隨著氧化程度的增加，器件對90%的濕度環境的響應會顯著提高。此外，他們還發現器件的靈敏度和含氧基團的百分比有很高的線性關聯（r2=97.39%）。對于器件的吸濕機理，研究人員解釋，環境中的濕氣會和纖維表面的含氧基團形成氫鍵，高濕度情況下，電子更容易在含氧基團間跳動，所以器件的電阻會大幅度降低。

實驗表明，該傳感器氧化3h 后，仍具有和商用濕度傳感器類似的響應速度和優異的動態穩定性，且在不同形變，如彎曲、扭曲、打結時都能正常工作。更重要的是，該器件在潤濕和機洗后都能正常使用，這一點突破了傳統的濕度傳感器。此外，雖然器件在低溫下響應較慢，但飽和濕度時的電阻變化率幾乎沒有區別。

通過無人機，該傳感器成功監測到不同高度的大氣濕度差異。此外，其還可以監測土壤濕度和環境濕度。研究人員演示了通過傳感器監測呼吸頻率，并用藍牙傳送到個人手機上，再利用深度學習網絡對輸入的數據進行識別和辨認。訓練之后，其對呼吸快慢的判斷具有非常高的準確性，未來可以用來判斷使用者的健康狀況（哮喘、昏迷等）。在非接觸式交互中，研究人員通過定位手（指）和傳感器間的距離，可以傳遞不同信號給機器，顯示出良好的應用前景。

（摘編自高分子科技）