DOI:10.1016/j.snb.2020.129239

在本研究中，使用电纺磺化聚醚醚酮/聚乙烯醇缩丁醛（SPEEK/PVB）复合纳米纤维研制出一种快速、稳定的聚合物湿度传感器，并将其首次应用于呼吸监测和非接触式传感。首先，采用滴铸法和静电纺丝法分别将SPEEK制成薄膜传感器和纳米纤维传感器。通过比较两种传感器的湿度传感特性，研究者发现纳米纤维湿度传感器的迟滞特性和响应/恢复时间均得到了显著改善。为了进一步提高其传感性能，将不同含量的聚乙烯醇缩丁醛（PVB）掺入静电纺丝溶液中，以制备SPEEK/PVB复合纳米纤维湿度传感器。通过扫描电子显微镜观察不同PVB含量的纳米纤维的形态和直径。当SPEEK与PVB的比例为1:3时，该复合纳米纤维湿度传感器具有灵敏度高、相对湿度工作范围宽、迟滞较小（2.68％）、响应时间短（<1s）、恢复时间短（5s）和传感性能稳定等优点。此外，还研究了SPEEK/PVB=1:3复合纳米纤维湿度传感器的呼吸监测和非接触式传感性能。这项工作表明，电纺SPEEK/PVB纳米纤维湿度传感器在实时湿度监测与非接触式传感设备中具有良好的应用前景。

图1.（a）SPEEK薄膜湿度传感器的制备；（b）SPEEK纳米纤维湿度传感器的制备。

图2.由（a）[SPEEK]，（b）[PVB]，（c）[SPEEK/PVB]=1:0.7，（d）[SPEEK/PVB]=1:1，（e），（f）[SPEEK/PVB]=1:3的ES溶液制备的纳米纤维的SEM图像。

图3.由（a）[SPEEK]，（b）[PVB]，（c）[SPEEK/PVB]=1:0.7，（d）[SPEEK/PVB]=1:1，（e）[SPEEK/PVB]=1:3的ES溶液制备的纳米纤维的平均直径。

图4.（a）SPEEK，（b）SPEEK/PVB=1:0.7，（c）SPEEK/PVB=1:1，（d）SPEEK/PVB=1:3（e）PVB的接触角图像。

图5.在室温、1kHz下测得的湿度传感器的迟滞特性：（a）SPEEK膜，（b）SPEEK纳米纤维。在1kHz下测得的吸附和解吸过程的响应/恢复时间：（c）SPEEK膜，（d）SPEEK纳米纤维。

图6.在25℃、1kHz和1V下，SPEEK和SPEEK/PVB纳米纤维传感器的阻抗与RH的关系。

图7.湿度传感器（SPEEK/PVB纳米纤维）性能：（a1）SPEEK/PVB=1:0.7，（a2）SPEEK/PVB=1:1，（a3）SPEEK/PVB=1:3的迟滞；在1V、1kHz下测得（b1）SPEEK/PVB=1:0.7，（b2）SPEEK/PVB=1:1，（b3）SPEEK/PVB=1:3的响应-恢复特性。

图8.在1V、1kHz下测得湿度传感器（纳米纤维SPEEK/PVB=1:3）从11％RH至97％RH的可重复性。

图9.湿度传感器的长期稳定性：（a）SPEEK纳米纤维，（b）SPEEK/PVB=1:3纳米纤维暴露在11％RH和98％RH下。

图10.湿度传感器（SPEEK/PVB=1:3）在不同湿度下的复数阻抗：（a）11％RH，（b）33％，53％，65％，75％和98％RH。在（c）11％RH，（d）33％，53％，65％，75％和98％RH下复数阻抗的等效电路。

图11.SPEEK/PVB复合纳米纤维膜的传导机制。

图12.SPEEK/PVB=1:3复合纳米纤维传感器的超快速响应：（a）不同的呼吸速度；（b）呼气和呼气暂停；（c）手指与电极之间的距离；（d）涂护手霜前后；（e）手指远离传感器；（f）手指靠近传感器。