湿度传感器在传统环境监测、新兴的数字健康管理和非接触式人机交互中有巨大的应用潜力，一直是研究的热点领域。现有的湿度敏感材料在面对冷凝和/或液态水时缺乏器件的可靠性。为了解决以上问题，英国曼彻斯特大学李翼教授研究团队开发了一种在伪石墨材料表面可控地增加含氧基团来制备自支撑湿度传感器的方法。

  图1介绍了氧化碳化织物（OCF）湿度传感器的制备流程。首先，把棉布在600°C碳化，再在浓硫酸/浓硝酸的混合溶液里氧化形成带有大量含氧官能团的石墨结构（图1a）。在接触到湿气时，电子可以在含氧官能团间跳动，因此器件的电阻会大大降低（图1b）。该器件可以广泛运用于环境检测（图1c）,智能健康，和非接触式人机交互（图1d）。

图1.湿度传感器的制备流程和应用潜力展示

图2.材料的形貌、表面元素、导电性、光谱和亲水性等表征

  图3对传感器进行了标定并讨论了传感机理。随着氧化程度的增加，器件对90%的湿度环境的响应会显著提高（图3a，b）。图3c-e展示了吸湿曲线，电阻-湿度响应曲线，和电阻-吸湿曲线。EMRI指数为吸湿的单位重量对应的电阻变化。另外，他们还发现器件的灵敏度和含氧基团的百分比有很高的线性关联（r²=97.39%）。图3g解释了吸湿机理。环境中的湿气会和纤维表面的含氧基团形成氢键，高湿度情况下，电子更容易在含氧基团间跳动，所以器件的电阻会大幅度的降低。图3h标定了氧化3小时器件在30%-96%湿度区间内吸湿-回复过程的电阻率变化。另外，氧化3小时器件具有和商用湿度传感器类似的响应速度（图3i），和优异的动态稳定性（图3j）。 

图3.湿度传感器的传感性能和机理探讨

图4.湿度传感器的传感优越性和性能稳定性

图5.湿度传感器在环境监测和可穿戴方面的应用潜力展示

  论文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107780