Датчики влажности - новое перспективное направление производства электроники. Количество опубликованных статей в научных журналах и монографий по этой теме растет последние годы. Именно это определяет актуальность нашей работы.
Датчики влажности — это миниатюрные аналитические устройства, которые могут в режиме реального времени предоставлять оперативную информацию о наличии целевого газа. Датчики влажности широко используются во многих областях, где точные и надежные измерения содержания воды в различных средах и материалах имеют первостепенное значение (рис.1). Эти датчики также могут представлять собой дешевую альтернативу лабораторным аналитическим методикам, поэтому датчики влажности (датчики влажности в любом материале и датчики содержания водяных паров в газах) используются во многих областях человеческой деятельности, таких как мониторинг качества пищевых продуктов, системы кондиционирования, метеорология, сельское хозяйство, производство и контроль техпроцессов, медицинское оборудование и так далее. Когда воздух полностью насыщен водой, давление, оказываемое содержащимися водяными парами, определяется как давление водяного пара насыщения, которое зависит от температуры. Таким образом, отношение текущего давления водяного пара к давлению пара насыщения при определенной температуре является распространенным способом количественного определения водяного пара, содержащегося в воздухе, и оно представляет относительную влажность.
Гибкие датчики с высокой чувствительностью,гибкостью, приемлемой растяжимостью и хорошей стабильностью могут быть установлены на теле человека или одежде для мониторинга человеческой деятельности и физиологической информации. Таким образом, будущие исследования направлены на разработку более чувствительных, селективных и стабильных датчиков влажности, способных противостоять суровым условиям окружающей среды в широком диапазоне температур и в динамических режимах работы. Хотя был достигнут важный прогресс в гибких датчиках на основе углеродистых материалов, некоторые ключевые вопросы, включая процессы подготовки углеродных материалов, процессы изготовления и производительность гибких датчиков, все еще нуждаются в дальнейшем изучении для практического применения. Массовое и экономически эффективное производство углеродных материалов с высоким качеством является основной предпосылкой для этих целевых применений. Порошки углеродных нанотрубок и пленки оксида графена были внедрены в массовое производство, но производственные процессы могут также привести к появлению многих дефектов, значительно влияющих на их чувствительность к влажности. Монослой и несколько слоев графена высокого качества являются обязательными для изготовления высокопроизводительных устройств. Однако современные дорогостоящие способы приготовления ограничивают их использование с точки зрения промышленного применения. Кроме того, свойства макроскопических сборок явно ниже, чем у отдельных углеродных нанотрубок или графена.
Кроме того, доступны биоматериалы (хлопковые волокна) с макромасштабной архитектурой (тканые структуры). После простой карбонизационной обработки (пиролиза) они могут использоваться в качестве активных материалов высокоэффективных гибких датчиков. Как показано, из пиролиза биоматериалов можно получить дополнительные стимулирующие углеродные чувствительные материалы для изготовления высокоэффективных гибких датчиков.
В основном датчики производятся двумя способами: литье раствора и химическое парофазное осаждение. Процессы литья растворов включают в себя простое литье, капельную сушку, центрифугирование и покрытие погружением. Суспензии для литья пленки на определенные подложки могут быть получены путем прямого диспергирования наноуглеродных компонентов в растворителях. Эти простые и экономически эффективные методы могут быть рассмотрены для промышленного применения. В методах химического парофазного осаждения наноуглеродные (углеродные нанотрубки и графеновые пленки) слои могут быть непосредственно выращены на подложках. Методы литья растворов являются более гибкими при подготовке композитных материалов, в то время как тонкие пленки, изготовленные методом химического парофазного осаждения, более однородны. Ожидается, что композиты из наноуглеродов и наночастиц из полимеров и углеродистых материалов должны быть главной темой этого исследовательского направления из-за возможности получения легких и гибких пленок.
Интеграция гибких датчиков с устройствами преобразования и накопления энергии необходима ввиду практического применения носимой электроники.
Однако эти датчики с автономным питанием все еще требуют внешнего питания для работы измерительных систем и считывания сигналов. Следовательно, интеграция компонентов с автономным питанием, устройств накопления энергии (таких как суперконденсаторы или батареи) и гибких датчиков имеет первостепенное значение для производства носимых систем.
