自支撑可水洗湿度传感器可用来判断使用者的健康状况

湿度传感器在环境监测、数字健康管理和非接触式人机交互领域的应用一直是研究热点。针对现有的湿度敏感材料在面对冷凝或液态水时器件性能不稳定的问题，英国曼彻斯特大学李翼教授研究团队提出了一种在伪石墨材料表面可控地增加含氧基团来制备自支撑湿度传感器的方法。通过该方法，制备了氧化碳化织物（OCF）湿度传感器，研究人员首先把棉布在600℃下碳化，再放入浓硫酸/浓硝酸的混合溶液里氧化形成带有大量含氧官能团的石墨结构。

研究人员对该传感器进行了标定并讨论了其传感机理。随着氧化程度的增加，器件对90%的湿度环境的响应会显著提高。此外，他们还发现器件的灵敏度和含氧基团的百分比有很高的线性关联（r2=97.39%）。对于器件的吸湿机理，研究人员解释，环境中的湿气会和纤维表面的含氧基团形成氢键，高湿度情况下，电子更容易在含氧基团间跳动，所以器件的电阻会大幅度降低。

实验表明，该传感器氧化3h 后，仍具有和商用湿度传感器类似的响应速度和优异的动态稳定性，且在不同形变，如弯曲、扭曲、打结时都能正常工作。更重要的是，该器件在润湿和机洗后都能正常使用，这一点突破了传统的湿度传感器。此外，虽然器件在低温下响应较慢，但饱和湿度时的电阻变化率几乎没有区别。

通过无人机，该传感器成功监测到不同高度的大气湿度差异。此外，其还可以监测土壤湿度和环境湿度。研究人员演示了通过传感器监测呼吸频率，并用蓝牙传送到个人手机上，再利用深度学习网络对输入的数据进行识别和辨认。训练之后，其对呼吸快慢的判断具有非常高的准确性，未来可以用来判断使用者的健康状况（哮喘、昏迷等）。在非接触式交互中，研究人员通过定位手（指）和传感器间的距离，可以传递不同信号给机器，显示出良好的应用前景。

（摘编自高分子科技）