400-823-0080
info@biofabrication.cn     
当前位置: 主页 > 动态资讯 > 学术动态 > 中国石油大学张冬至:GG/EC-PVP薄膜涂覆QCM湿度传感器的制备及其在人体呼吸监测中的应用

中国石油大学张冬至:GG/EC-PVP薄膜涂覆QCM湿度传感器的制备及其在人体呼吸监测中的应用

学术动态    2022-07-25 15:25

DOI: 10.1021/acsami.2c08434

 

在这项工作中,将瓜尔豆胶(GG)和静电纺丝乙基纤维素-聚乙烯吡咯烷酮(EC-PVP)纳米纤维用作制备石英晶体微天平(QCM)传感器的湿敏材料。采用傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、水接触角测量和X射线光电子能谱对合成的GG/EC-PVP复合材料进行了表征,证实其制备成功,且亲水性较好。在室温下进行了湿度敏感性实验。GG/EC-PVP涂层QCM传感器在较宽的相对湿度范围(0-97%RH)内具有高灵敏度(55.72Hz/%RH)和低滞后性(2.8%RH),较短的响应/恢复时间(26/2s)、优异的选择性、良好的重复性和稳定性。亲水基团和多孔结构的共同作用增强了湿度敏感性。由于其良好的性能,GG/EC-PVP传感器可用于捕捉和测量不同人类基本情绪中的典型呼吸模式。此外,还设计了一个测谎系统,通过检测受试者的情绪呼吸模式来判断是否为谎言。

 

图1.GG/EC-PVP薄膜涂层QCM湿度传感器的制备过程。

 

图2.(a)GG、(b)EC-PVP和(c)GG/EC-PVP样品的SEM图像。(d)GG、EC-PVP和GG/EC-PVP样品的FT-IR图像。

 

图3.GG/EC-PVP样品的XPS光谱:(a)全扫描光谱,(b)C1s光谱,(c)O1s光谱,和(d)N1s光谱。

 

图4.(a)GG、EC-PVP和GG/EC-PVP传感器在不同RH环境下的动态频移。(b)GG、EC-PVP和GG/EC-PVP传感器的频移与RH的拟合函数关系。(c)三种QCM传感器在23、52和85%RH下的重复性测量。(d)三种QCM传感器在0-97%RH范围内的动态响应/恢复测量曲线。

 

图5.(a)GG/EC-PVP涂层QCM传感器的动态加湿/除湿曲线和(b)湿度滞后。(c)GG/EC-PVP涂层QCM传感器的长期稳定性。(d)基于GG/EC-PVP的QCM湿度传感器的选择性。

 

图6.(a)GG、(b)EC-PVP和(c)GG/EC-PVP传感器在不同RH水平下的电导谱。(d)GG、EC-PVP和GG/EC-PVP传感器在不同RH水平下的品质因数。

 

图7.正常呼吸测试结果:(a)正常呼吸,(b)口腔呼吸,(c)运动呼吸,和(d)呼吸暂停。

 

图8.六种不同情绪状态下的呼吸曲线:(a)平静呼吸,(b)欢笑呼吸,(c)悲伤哭泣呼吸,(d)恐惧呼吸,(e)愤怒呼吸,(f)焦虑呼吸。

 

图9.情绪呼吸模式的重复性测试:(a)平静呼吸、欢笑呼吸和悲伤哭泣呼吸,(b)恐惧呼吸、愤怒呼吸和焦虑呼吸。

 

图10.呼吸信号特征提取与类型判断流程图。

 

图11.应用程序呼吸检测结果和相应的测谎仪判断:(a)平静情绪呼吸、(b)焦虑情绪呼吸和(c)恐惧情绪呼吸。

 

图12.GG/EC-PVP复合薄膜的水分子吸附过程示意图。