Materials：PEO-CuO-MWCNT復合納米纖維的制備及其濕度傳感性能

DOI: 10.3390/ma14041037

聚合物復合材料因其成本低、制備簡單而成為傳感領域最受歡迎的材料。在當前研究中，采用靜電紡絲技術成功開發了由聚環氧乙烯（PEO）、氧化多壁碳納米管（MWCNT）和氧化銅（CuO）納米顆粒組成的復合納米纖維，其填充物含量分別為1％和3％（即PEO-CuO-MWCNT：1％和PEO-CuO-MWCNT：3％），以應用于濕度傳感器。通過FTIR、XRD、SEM和EDX分析對復合納米纖維進行了表征。首先，將其加載到叉指電極（IDE）上，然后通過數字LCR測試儀（E4980）在不同頻率（100Hz-1MHz）下研究其濕度傳感效率，以及相對濕度（RH）百分比。結果表明，含1％和3％MWCNT的復合納米纖維與PEO聚合物基質中的CuO結合，在相對濕度為30～90％的室溫下表現出很強的阻容響應和對濕度的高靈敏度。具體而言，PEO-CuO-MWCNT：1％納米復合材料具有3s的快速響應時間和22s的較長恢復時間，而PEO-CuO-MWCNT：3％納米復合材料在相同RH范圍內的對應值分別為20s和11s。

圖1.（a）純PEO，（b）CuO納米顆粒，（c）多壁碳納米管（MWCNT），（d）PEO-CuO-MWCNT：1％納米纖維，（e）PEO-CuO-MWCNT：3％納米纖維的SEM顯微照片。

圖2.純PEO（紫色），CuO納米顆粒（紅色），MWCNTs（藍色），PEO-CuO-MWCNT：1％（黑色）和PEO-CuO-MWCNT：3％（橙色）復合納米纖維的FTIR光譜。

圖3.PEO-CuO-MWCNT：1％納米復合材料在不同％RH下的電阻率響應。

圖4.PEO-CuO-MWCNT：1％納米復合材料在不同％RH下的電阻率靈敏度。

圖5.PEO-CuO-MWCNT：1％納米復合材料的電阻線性。

圖6.PEO-CuO-MWCNT：3％納米復合材料在不同％RH下的電容響應。

圖7.PEO-CuO-MWCNT：3％納米復合材料在不同％RH下的電容靈敏度。

圖8.PEO-MWCNT-CuO：3％納米復合材料的電容線性。

圖9.PEO-CuO-MWCNT：1％納米復合材料的電阻率響應/恢復時間。

圖10.PEO-MWCNT-CuO：3％納米復合材料的電容響應/恢復時間。

圖11.PEO-MWCNT-CuO納米復合材料表面吸附H2O分子的示意圖。