A nanocellulose-based flexible multilayer sensor with high sensitivity to humidity and strain response for detecting human motion and respiration

纳米纤维素 复合材料 湿度 复合数 材料科学 标度系数 相对湿度 弯曲 碳纳米管 纳米技术 化学工程 纤维素 制作 物理 工程类 病理 替代医学 热力学 医学
作者
Xing Li,Suijun Xiao,Yufei Lao,Dacheng Li,Qiaoyan Wei,Liangdong Ye,Shaorong Lu
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:266: 131004-131004 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2024.131004
摘要

Biomass-based flexible sensors with excellent mechanical and sensing properties have attracted significant attention. In this study, based on the excellent dispersibility and degradability of nanocellulose crystals, we designed a polyvinyl alcohol/nanocellulose crystals/phytic acid (PCP) composite film with good flexibility and high sensitivity to humidity. A layer of multiwalled carbon nanotubes (MWCNT) and nanocellulose crystals (CNC) was further sandwiched between two PCP layers as a flexible multifunctional sensor (PCPW) to detect human movement and respiration. Phytic acid contains abundant phosphate groups that enhance proton conduction, allowing the PCPW composite film to change its electrical resistance in a sensitive and repeatable manner when the relative humidity was varied between 35 %-93 %. Meanwhile, CNC derived from sisal fibers enhanced the PCPW sensor's conductivity (3.3 S/m) and mechanical properties (elongation at break: 99 %) by improving the dispersion and connectivity of MWCNT. The PCPW sensor displayed a high sensitivity to strain (gauge factor: 49.5) and could monitor both facial expressions (smiling and winking) and the bending of joints. The sensor also generated stable electrical responses during breathing and blowing due to the change in humidity. Therefore, this biodegradable and multifunctional sensor has good application prospects.
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