A high-sensitive capacitive humidity sensor based on chitosan-sodium chloride composite material

电容感应 湿度 复合数 壳聚糖 材料科学 傅里叶变换红外光谱 接触角 吸附 电介质 X射线光电子能谱 复合材料 相对湿度 化学工程 化学 电气工程 工程类 有机化学 光电子学 物理 热力学
作者
Anna He,Huangping Yan,Gaofeng Zheng,Rui Zhou,Yuanzhe Li,Zhijun Ye,Chentao Zhang
出处
期刊:Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects [Elsevier]
卷期号:699: 134740-134740 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.colsurfa.2024.134740
摘要

Chitosan, as a hydrophilic, renewable, biodegradable, and cost-effective natural polymer, holds great promise in humidity sensor applications. This study proposes a green high-performance capacitive humidity sensor based on chitosan (CS)-sodium chloride (NaCl) composites. The CS-NaCl films were fabricated through a simple drip coating method, and their surface morphology and structure were characterized using SEM, XRD, FTIR and XPS techniques. The pure chitosan humidity sensor demonstrates an impressive response of 1180.17% with excellent linearity. The introduction of NaCl markedly boosted the sensor response, with CS-50 wt% NaCl composites exhibiting a 72-fold increase (86, 492.84%) in capacitance response compared to pure CS films. The contact angle test demonstrated that the chitosan film exhibited good hydrophilicity, which was further enhanced by the addition of NaCl. XRD and FTIR characterization confirmed that NaCl altered the structural properties of chitosan, disrupted hydrogen bonds, and consequently increased the mobility of polarizing groups and the dielectric constant. A water adsorption model was developed to elucidate the humidity sensing mechanism of the CS-NaCl sensor. The CS-NaCl presents advantages such as easy preparation, high sensitivity, eco-friendliness, and promising practical applications in humidity sensing.
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