Перейти до вмісту
Мікросистеми, Електроніка та Акустика
ISSN 2523-4447 · e‑ISSN 2523-4455 Відкритий доступ · CC BY-SA 4.0
Т. 27 · № 1 · 2022 кві 29, 2022 Мікросистеми та фізична електроніка

Ємнісні сенсори вологи на основі плівок наноцелюлози для біорозкладної електроніки

ВЛ
Владислав Анатолійович Лапшуда Відповідальний Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" Україна
ЯЛ
Ярослав Олексійович Ліневич Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" Україна
МД
Михайло Григорович Душейко Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" Україна
ВК
Вікторія Михайлівна Коваль Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" Україна
ВБ
Валерій А. Барбаш Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського",Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute Україна
Сторінки255990-1-255990-8 Опублікованокві 29, 2022
PDF
ТОМ 27 · № 1 · 2022 Переглянути випуск

Анотація

В роботі синтезовано ємнісні сенсори вологи на основі наноцелюлози як вологочутливої плівки. Наноцелюлозу (НЦ) одержано із очерету методом ТЕМРО у вигляді гідрогелю, який наносився зверху на електродну систему сенсора. Виготовлено сенсори з масою вологочутливої плівки від 0.3 до 3.6 мг. Виміряно статичні (чутливість, відгук, гістерезис) та динамічні характеристики (час відгуку та відновлення, коротко- та довготривала стабільність) сенсорів для двох частотах тестового сигналу (100 та 1000 Гц). Показано, що максимальне значення чутливості сенсора (0,165 (%RH) -1 ) спостерігається для маси НЦ 1,8 мг та частоти тестового сигналу 1 кГц. Мінімальний час відгуку та відновлення становив 100 с та 180 с відповідно для маси плівки НЦ 0,3 мг та частоти тестового сигналу 1 кГц. Мінімальна величина гістерезису сенсорів (0,1%) спостерігається для маси плівки НЦ 0,3…0,4 мг на частоті 1 кГц. Короткотривала стабільність сенсорів була задовільною для плівок наноцелюлози масою 1,8…3,6 мг для обох частот (відхилення сигналу в межах 1…3,5 %), в той час як довготривала стабільність приладів потребує подальшого покращення.

Ключові слова

Посилання

  1. Y. H. Jung et al., “High-performance green flexible electronics based on biodegradable cellulose nanofibril paper,” Nature Communications, vol. 6, no. 1, p. 7170, Nov. 2015, DOI: https://doi.org/10.1038/ncomms8170 .
  2. J. Zhang, X. Shen, M. Qian, Z. Xiang, and X. Hu, “An optical fiber sensor based on polyimide coated fiber Bragg grating for measurement of relative humidity,” Optical Fiber Technology, vol. 61, p. 102406, Jan. 2021, DOI: https://doi.org/10.1016/j.yofte.2020.102406 .
  3. L. Lan, X. Le, H. Dong, J. Xie, Y. Ying, and J. Ping, “One-step and large-scale fabrication of flexible and wearable humidity sensor based on laser-induced graphene for real-time tracking of plant transpiration at bio-interface,” Biosensors and Bioelectronics, vol. 165, p. 112360, Oct. 2020, DOI: https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112360 .
  4. C. Zhang et al., “Ultrasensitive and reversible room-temperature resistive humidity sensor based on layered two-dimensional titanium carbide,” Ceramics International, vol. 47, no. 5, pp. 6463–6469, Mar. 2021, DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.10.229 .
  5. N. T. T. Ha, D. K. An, P. V. Phong, P. T. M. Hoa, and L. H. Mai, “Study and performance of humidity sensor based on the mechanical–optoelectronic principle for the measurement and control of humidity in storehouses,” Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 66, no. 1–3, pp. 200–202, Jul. 2000, DOI: https://doi.org/10.1016/S0925-4005(00)00360-9 .
  6. Y. Su et al., “Surface acoustic wave humidity sensor based on three-dimensional architecture graphene/PVA/SiO2 and its application for respiration monitoring,” Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 308, p. 127693, Apr. 2020, DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.127693 .
  7. Y. Yao, X. Huang, B. Zhang, Z. Zhang, D. Hou, and Z. Zhou, “Facile fabrication of high sensitivity cellulose nanocrystals based QCM humidity sensors with asymmetric electrode structure,” Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 302, p. 127192, Jan. 2020, DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.127192 .
  8. K. Sakuma, Flexible, Wearable, and Stretchable Electronics. First edition. | Boca Raton : CRC Press, 2020. | Series: Devices, circuits, & systems: CRC Press, 2020, DOI: https://doi.org/10.1201/9780429263941 .
  9. R.W. Li and G. Liu, Flexible and Stretchable Electronics. Boca-Raton: Jenny Stanford Publishing, 2019, ISBN: 9780429058905.
  10. R. Samal and C. S. Rout, “Wearable and Flexible Sensors Based on 2D and Nanomaterials,” in Fundamentals and Sensing Applications of 2D Materials, Elsevier, 2019, pp. 437–463. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102577-2.00012-9
  11. V. A. Lapshuda and V. M. Koval, “Flexible and biodegradable sensors: materials, manufacturing technology and devices on its basis,” KPI Science News, no. 2, Aug. 2021, DOI: https://doi.org/10.20535/kpisn.2021.2.229964 .
  12. S. Kwon, H. Kim, and W.-H. Yeo, “Recent advances in wearable sensors and portable electronics for sleep monitoring,” iScience, vol. 24, no. 5, p. 102461, May 2021, DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.102461 .
  13. H. Kao, C.-H. Chuang, L.-C. Chang, C.-L. Cho, and H.-C. Chiu, “Inkjet-printed silver films on textiles for wearable electronics applications,” Surface and Coatings Technology, vol. 362, pp. 328–332, Mar. 2019, DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.01.076 .
  14. Z. Xu et al., “A conducting polymer PEDOT:PSS hydrogel based wearable sensor for accurate uric acid detection in human sweat,” Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 348, p. 130674, Dec. 2021, DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.130674 .
  15. H. Zhao, Z. Wang, Y. Li, and M. Yang, “Single-sided and integrated polyaniline/ poly(vinylidene fluoride) flexible membrane with micro/nanostructures as breathable, nontoxic and fast response wearable humidity sensor,” Journal of Colloid and Interface Science, vol. 607, pp. 367–377, Feb. 2022, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.08.214 .
  16. J. C. Yeo and C. T. Lim, “Wearable Sensors for Upper Limb Monitoring,” in Wearable Technology in Medicine and Health Care, Elsevier, 2018, pp. 113–134. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-811810-8.00006-3
  17. J. Fontes, “Humidity Sensors,” in Sensor Technology Handbook, Elsevier, 2005, pp. 271–284. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-075067729-5/50052-5
  18. S. Xu, W. Yu, X. Yao, Q. Zhang, and Q. Fu, “Nanocellulose-assisted dispersion of graphene to fabricate poly(vinyl alcohol)/graphene nanocomposite for humidity sensing,” Composites Science and Technology, vol. 131, pp. 67–76, Aug. 2016, DOI: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2016.05.014 .
  19. J.-W. Lee, Y. Choi, J. Jang, S.-H. Yeom, W. Lee, and B.-K. Ju, “High sensitivity flexible paper temperature sensor and body-attachable patch for thermometers,” Sensors and Actuators A: Physical, vol. 313, p. 112205, Oct. 2020, DOI: https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112205 .
  20. J. R. Ansari, S. M. Hegazy, M. T. Houkan, K. Kannan, A. Aly, and K. K. Sadasivuni, “Nanocellulose-based materials/composites for sensors,” in Nanocellulose Based Composites for Electronics, Elsevier, 2021, pp. 185–214. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-822350-5.00008-4
  21. Y. Guo et al., “Engineering thermally and electrically conductive biodegradable polymer nanocomposites,” Composites Part B: Engineering, vol. 189, p. 107905, May 2020, DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2020.107905 .
  22. C. Zinge and B. Kandasubramanian, “Nanocellulose based biodegradable polymers,” European Polymer Journal, vol. 133, p. 109758, Jun. 2020, DOI: https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2020.109758 .
  23. V. A. Barbash, O. V. Yaschenko, and O. M. Shniruk, “Preparation and Properties of Nanocellulose from Organosolv Straw Pulp,” Nanoscale Research Letters, vol. 12, no. 1, p. 241, Dec. 2017, DOI: https://doi.org/10.1186/s11671-017-2001-4 .
  24. V. Koval, V. Barbash, M. Dusheyko, V. Lapshuda, O. Yashchenko, and Y. Yakimenko, “Application of Nanocellulose in Humidity Sensors for Biodegradable Electronics,” in 2020 IEEE 10th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP), 2020, pp. 02NS01-1-02NS01-5, DOI: https://doi.org/10.1109/NAP51477.2020.9309598 .
  25. V. A. Barbash, O. v. Yashchenko, A. S. Gondovska, and I. M. Deykun, “Preparation and characterization of nanocellulose obtained by TEMPO-mediated oxidation of organosolv pulp from reed stalks,” Applied Nanoscience, vol. 12, no. 4, pp. 835–848, Apr. 2022, DOI: https://doi.org/10.1007/s13204-021-01749-z .
  26. V. Pidlisnyuk, T. Stefanovska, V. Barbash, and T. Zelenchuk, “Characteristics of pulp obtained from miscanthus x giganteus biomass produced in lead-contaminated soil,” Cellulose Chemistry and Technology, vol. 55, no. 3–4, pp. 271–280, Apr. 2021, DOI: https://doi.org/10.35812/CelluloseChemTechnol.2021.55.27 .
  27. A. Kafy, A. Akther, Md. I. R. Shishir, H. C. Kim, Y. Yun, and J. Kim, “Cellulose nanocrystal/graphene oxide composite film as humidity sensor,” Sensors and Actuators A: Physical, vol. 247, pp. 221–226, Aug. 2016, DOI: https://doi.org/10.1016/j.sna.2016.05.045 .
  28. X. Li et al., “Facile fabrication of laser-scribed-graphene humidity sensors by a commercial DVD drive,” Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 321, p. 128483, Oct. 2020, DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128483 .
§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.
Усі випуски

Механічно перелаштовувана антена з іонно-полімерним металевим композитом

Artem Serhiyovych Chernov, Oleksii O. Malyshok, Victor Anatoliiovych Kazmirenko, Irina Petrivna Holubeva, Yuriy Vasylovych Prokopenko, Guy A. E. Vandenbosch

Розглядається актуальна задача створення антен для сучасних бездротових систем, здатних до роботи у різних частотних діапазонах. Зазвичай для перелаштування частоти…

#структура з відхиленням електрода #фільтена #перелаштування частоти #актюатор ІМПК
с. 343504.1-343504.6
10.20535/2523-4455.mea.343504

Модель генератора Маркса для генерації коронного розряду у повітрі

Andrii Viktorovych Melnyk, Oleh Mykolaiovych Bevza, Anatolii Ivanovych Kuzmichiev

У статті розглянуто роботу генератора Маркса з навантаженням у вигляді від'ємного коронного розряду в повітрі за атмосферного тиску та побудовано його електричну модель.…

#коронний розряд #генератор Маркса #висока напруга #іонізація
с. 324599.1-324599.8
10.20535/2523-4455.mea.324599

Взаємодія срібних наночастинок з підкладкою в умовах плазмонного резонансу

Yurii I. Mysiuk, Yurii B. Smachylo, Oleksandr V. Ilin, Tetiana Oleksandrivna Bulavinets, Iryna Y. Yaremchuk

Взаємодія між наночастинками металів і підкладками в умовах плазмонного резонансу відіграє вирішальну роль у різних оптичних застосуваннях. У цій роботі ми досліджуємо…

#наночастинки срібла #переріз екстинкції #підкладка #локалізований поверхневий плазмонний резонанс
с. 303929.1-303929.6
10.20535/2523-4455.mea.303929

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають

Схожі статті

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.