西安電子科技大學張建奇&孫浩Sensors：靜電紡絲PVA/CNTs涂覆N型光纖傳感器的制備及其

DOI:10.3390/s20236996

本文介紹了一種由靜電紡絲聚乙烯醇（PVA）納米纖維膜覆蓋的光纖傳感器，可同時測量濕度和溫度。將一段多模光纖（MMF）夾在兩個引入和引出的單模光纖（SMFs）之間，將其進一步縮小至29μm，以提高傳感器的濕度敏感性。采用靜電紡絲技術將一層電紡絲PVA納米纖維薄膜均勻地涂覆在MMF錐形區域上。為了提高靜電紡絲納米纖維的濕度敏感性和機械強度，將碳納米管（CNTs）與PVA共混以形成PVA/CNTs復合納米纖維膜。將光纖布拉格光柵（FBG）與濕度傳感光纖級聯，可同時監測環境溫度。碳納米管的添加有效消除了靜電紡絲納米纖維上的裂紋，使其更加均勻、光滑。實驗結果表明，PVA/CNTs薄膜傳感器的濕敏度為0.0484dB/％RH，比PVA薄膜傳感器的濕敏度（0.0369dB/％RH）提高了31.16％。采用靜電紡絲法制備的納米纖維濕敏膜具有良好的濕度響應特性、特殊的3D結構和廣闊的應用前景。

圖1.傳感器的結構示意圖。

圖2.不同電壓下PVA電紡納米纖維的SEM圖像：（a）14.5kV（b）16.5kV（c）18.5kV（d）22.5kV。

圖3.不同推注速度下PVA電紡納米纖維的SEM圖像：（a）0.0010mm/s（b）0.0015mm/s（c）0.0020mm/s（d）0.0025mm/s。

圖4.不同濃度下PVA靜電紡絲納米纖維的SEM圖像：（a）0.06g/mL（b）0.07g/mL（c）0.08g/mL（d）0.09g/mL。

圖5.靜電紡絲工藝、錐形MMF和帶有PVA/CNTs納米纖維復合膜的錐形MMF的示意圖。

圖6.（a）PVA靜電紡絲納米纖維薄膜和（b）PVA/CNTs復合納米纖維薄膜。

圖7.溫濕度響應實驗測試的示意圖。

圖8.PVA納米纖維薄膜的濕度響應隨RH增加和降低的變化：（a）相對濕度增加；（b）相對濕度降低。

圖9.PVA納米纖維薄膜的濕度響應擬合曲線。

圖10.PVA/CNTs復合納米纖維膜的濕度響應隨RH增加和降低的變化：（a）相對濕度增加；（b）相對濕度降低。

圖11.PVA/CNTs復合納米纖維薄膜的濕度擬合曲線。

圖12.溫度響應隨溫度升高和降低的變化：（a）溫度上升；（b）溫度下降。

圖13.溫度響應擬合曲線。

圖14.傳感器濕度響應重復性測試擬合曲線。