DOI:10.3390/s20236996

本文介绍了一种由静电纺丝聚乙烯醇（PVA）纳米纤维膜覆盖的光纤传感器，可同时测量湿度和温度。将一段多模光纤（MMF）夹在两个引入和引出的单模光纤（SMFs）之间，将其进一步缩小至29μm，以提高传感器的湿度敏感性。采用静电纺丝技术将一层电纺丝PVA纳米纤维薄膜均匀地涂覆在MMF锥形区域上。为了提高静电纺丝纳米纤维的湿度敏感性和机械强度，将碳纳米管（CNTs）与PVA共混以形成PVA/CNTs复合纳米纤维膜。将光纤布拉格光栅（FBG）与湿度传感光纤级联，可同时监测环境温度。碳纳米管的添加有效消除了静电纺丝纳米纤维上的裂纹，使其更加均匀、光滑。实验结果表明，PVA/CNTs薄膜传感器的湿敏度为0.0484dB/％RH，比PVA薄膜传感器的湿敏度（0.0369dB/％RH）提高了31.16％。采用静电纺丝法制备的纳米纤维湿敏膜具有良好的湿度响应特性、特殊的3D结构和广阔的应用前景。

图1.传感器的结构示意图。

图2.不同电压下PVA电纺纳米纤维的SEM图像：（a）14.5kV（b）16.5kV（c）18.5kV（d）22.5kV。

图3.不同推注速度下PVA电纺纳米纤维的SEM图像：（a）0.0010mm/s（b）0.0015mm/s（c）0.0020mm/s（d）0.0025mm/s。

图4.不同浓度下PVA静电纺丝纳米纤维的SEM图像：（a）0.06g/mL（b）0.07g/mL（c）0.08g/mL（d）0.09g/mL。

图5.静电纺丝工艺、锥形MMF和带有PVA/CNTs纳米纤维复合膜的锥形MMF的示意图。

图6.（a）PVA静电纺丝纳米纤维薄膜和（b）PVA/CNTs复合纳米纤维薄膜。

图7.温湿度响应实验测试的示意图。

图8.PVA纳米纤维薄膜的湿度响应随RH增加和降低的变化：（a）相对湿度增加；（b）相对湿度降低。

图9.PVA纳米纤维薄膜的湿度响应拟合曲线。

图10.PVA/CNTs复合纳米纤维膜的湿度响应随RH增加和降低的变化：（a）相对湿度增加；（b）相对湿度降低。

图11.PVA/CNTs复合纳米纤维薄膜的湿度拟合曲线。

图12.温度响应随温度升高和降低的变化：（a）温度上升；（b）温度下降。

图13.温度响应拟合曲线。

图14.传感器湿度响应重复性测试拟合曲线。