文摘

本文提出了一个简单的和负担得起的水传感器的制造方法包括在纸上画标志使用一个灵活的铅笔。传感器显示灵活耐力变化在接触水或干燥的表面。它可以用于在乙醇水物质的检测。此外,实验表明传感器的感知的有用性呼吸。这显示了巨大的应用潜力可穿戴传感器的电子小玩意和人体监护。

1。介绍

广泛的研究正在进行的发展负担得起的和自适应的传感设备(1- - - - - -5]。由于他们的极简主义,负担能力,他们可以生产的速度,纸张传感器已经获得了更多的关注[6- - - - - -9]。例如,Gandhiraman等人正在使用可伸缩的和廉价的一次性纸传感器领域的DNA检测的基础上化学汽相淀积(9]。此外,微流体结构、喷射印花和光刻研究着眼于制造廉价和简单的传感器。然而,增加需要利用特殊油墨,乐器,模板与这些方法也被提到。

幸运的是,pencil-on-paper传感器是一种技术,通过该技术可以通过使用石墨铅笔在纸上手绘。使传感器的制造过程非常简单和便宜。此外,pencil-on-paper传感器已被用于多种类型的分析,例如,细菌(10),化合物(11),和天然气(12)分析。尽管如此,pencil-on-paper传感器可以用于其他领域。

相反,配水系统需要提供必要数量的饮用水的需求点。水从系统泄漏可能产生问题和大量的水损失。是大大关键水感应出现强烈要求,因为极性的水;此外,目前正在使用是相当昂贵的,一起还可实现的。Dichiara等人进行了成功的集成纳米材料,有能力的电子电导和感应水(13]。然而,有探索广泛的必需品可以低成本商业物质,连同一个直截了当的负担得起的制造、特别是pencil-on-paper方法的使用。

一个灵活的铅笔在纸上可以离开一个石墨/聚合物复合跟踪(11),可用于合理的基础耐力的变化。在本文中,一个简单的和负担得起的水分析传感器的方法是使用一个灵活的铅笔手绘纸上。接触水,传感器表明可逆耐力指控,这使得检测可利用的水乙醇。此外,因为它可以探测水汽在呼吸,传感器可以用来呼吸。这表明其巨大的潜在领域的适用性可穿戴电子产品用于健康检查。

2。实验结果和讨论

制造我们的传感器,利用与石墨灵活的办公室用纸铅笔(见图1(一))。合成图,ruler-guided正交方向,形成一层薄薄的石墨/聚合物在办公室用纸。pencil-trace是宽2厘米和4厘米长。图1 (b)是一个图像的石墨/聚合物痕迹在纸上使用扫描电子显微镜(SEM)获得。

相比之下,pencil-on-paper传感器使用一个商业2 b铅笔(用铅笔领导组成的石墨和粘土)相同的参数。图1 (c)是一个图像的石墨/粘土痕迹在纸上使用扫描电镜获得的。

矩形铜导电胶带的边缘被用来修复接触线pencil-trace吞并。测量的电子特征应变传感器都使用了福禄克万用表8808。阻力也测量。显示了该测量电阻。自来水是放到中心区域(2厘米×2厘米)的pencil-on-paper传感器。然后晾干。显示相应的抗性之后水的应用。数据2(一个)和2 (b)显示的依赖 灵活的铅笔和商业2 b铅笔,分别。传感器显示可逆耐力变化产生在接触水或干燥。与粘土/石墨铅笔传感器相比,水传感器方法显示出更大的耐力变化,除了较短的恢复时间。

测量电阻后续水触发可以表示如下: 在哪里的接触电阻丝为一个电极与铅笔石墨/铜带;石墨电阻的电阻。

总接触电阻的接触电阻和隧道阻力。如果接触面积是圆的半径 ,接触电阻的计算可以从[结论14,15]。 在哪里和分别是两个联系成员的体电阻率;是隧道电阻率。

相信石墨电阻来源于石墨颗粒的阻力阻力和相关边界电阻(16]。它假定自由运营商被困在石墨颗粒之间的界限,创造一个势垒阻碍了运营商之间的石墨颗粒的运动。自石墨颗粒的阻力远远小于的边界17),石墨的电阻电阻可以近似为边界阻力,这是描述如下(18]: 在哪里玻耳兹曼常量,是运营商之间的势垒,阻碍运动石墨颗粒,然后呢是温度。指出化学物质的应用增加了势垒。

观察到,在应用的铅笔在纸上,石墨元素应声而落,附着在纸纤维。铅笔痕迹可能因此解释的扩散产生的导电薄层石墨粒子/布林德网络在纸上。他们可能对任意形态和布局。另一方面,水吸收主要发生在无定形区域的纤维素微纤维(13]。论文的肿胀基质改变石墨粒子的导电网络,这降低了潜在的障碍邻近石墨粒子。此外,大部分由于吸水纸电阻率却降低了。当水分子进入或退出的无定形区域,纤维素链分别转变或靠近在一起,改变了电子转移通过变异intertube空间之间存在石墨粒子或在隧道周围空间。这就产生了排斥可逆性电耐力的化合物。

因此,测量电阻根据方程(减少1)- (3)。它可以得出结论,与石墨粒子/粘土网络相比,石墨粒子/聚合物网络接受较大的石墨粒子的运动。这可以归因于有限聚合物纸和布林德纤维之间的结合。

图3显示了耐力反应在水体积分数为0%,5%,30%,和60%的乙醇溶液,分别。如图3观察显示,没有实质性的阻力变化的应用纯粹的乙醇。然而,在含水量的增加,阻力大幅增加展出。主要结论表明,该传感器可用于一次性和可负担得起的应用程序,例如,在生物医学领域。

传感器灵敏度定义为最大R₁/R₀单位乙醇水含量的变化。数据中包含的数据2和3显示灵敏度约0.0581乙醇/水的百分比含量。结果还表明,传感器响应如预期当水比例为5%,表明水比例决议(最小水比例可以检测到)的传感器还不到5%。

我们定位的纸质水传感器纺织机制面具为目的的展示他们的应用程序在呼吸感应。功能性纺织品面具与万用表,追踪受试者后2分钟的呼吸功能的呼吸。呼气,湿润的气息是观察。这相应地增强水的量传感器。图4显示了阻力变化受到标准和深呼吸。它可以得出结论,似乎变化R₁/R₀标准之间的呼吸,深呼吸。后者可以应用在人类呼吸检查。

3所示。结论

在本文中,一个灵活的铅笔和纸被用来制造graphite-based传感器检测为目的的水。传感器表现出可逆的电阻变化对接触水或干燥,使其可利用的在乙醇水的检测。结合传感器和纺织过程面具呼吸检测成为可能。这提供了一个可行的解决方案的记录和分析呼吸模式。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果都包含在这篇文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这次调查得到的基础研究基金的支持中央大学和中国国家自然科学基金(批准号61674218,批准号61731019)。作者觉得有义务向浙江大学动物科学实验教学中心的SEM表征。此外,我们要感谢匿名审稿人的价值判断。