Ємнісні та резистивні сенсори вологості на основі гнучкої плівки наноцелюлози для носимої електроніки

Автор(и)

  • Владислав Анатолійович Лапшуда Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського", Україна http://orcid.org/0000-0002-1234-3743
  • Вікторія Михайлівна Коваль Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського", Україна http://orcid.org/0000-0002-3898-9163
  • Михайло Григорович Душейко Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського", Україна http://orcid.org/0000-0003-3476-4220
  • Валерій Анатолійович Барбаш Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського", Україна http://orcid.org/0000-0002-7933-6038
  • Ольга Василівна Ященко Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського", Україна http://orcid.org/0000-0003-3716-8707
  • Сергій Васильович Малюта Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського", Україна http://orcid.org/0000-0003-0466-9900

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347022120019

Ключові слова:

наноцелюлоза, сенсори вологості, носима електроніка

Анотація

Описано методи отримання наноцелюлози із стебел міскантусу екологічно чистим способом методом гідролізу. Досліджено параметри наноцелюлози для застосування її в ємнісних та резистивних сенсорах вологості. Досліджено вплив параметрів електродної системи та робочої частоти на характеристики сенсора. Встановлено, що чутливість приладу зростає зі зменшенням відстані між електродами та робочої частоти. Застосовано дві моделі сорбційних процесів на межі поділу газ–тверде тіло — ізотерму Фрейндліха та ізотерму Ленгмюра — для опису механізму вологопоглинання сенсорами вологості на основі наноцелюлози. Досліджено довготривалу стабільність роботи таких приладів.

Посилання

H. S. Nishad, V. Sapner, B. M. Patil, B. R. Sathe, P. S. Walke, “Flexible and wearable electrochemical biosensors based on 2D materials,” in 2D Materials-Based Electrochemical Sensors, Elsevier, 2023, p. 432.

S. Kwon, H. Kim, W. H. Yeo, “Recent advances in wearable sensors and portable electronics for sleep monitoring,” iScience, vol. 24, no. 5, p. 102461, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/J.ISCI.2021.102461.

Z. Tian et al., “Ultra-stable strain/humidity dual-functional flexible wearable sensor based on brush-like AgNPs@CNTs@TPU heterogeneous structure,” Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp., vol. 670, p. 131398, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2023.131398.

V. Koval, V. Barbash, M. Dusheyko, V. Lapshuda, O. Yashchenko, A. Naidonov, “Nickel-based piezoresistive sensors obtained on flexible nanocellulose substrate,” in 2021 IEEE 11th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP), 2021, pp. 1–5, doi: https://doi.org/10.1109/NAP51885.2021.9568610.

Z. Xu et al., “A conducting polymer PEDOT:PSS hydrogel based wearable sensor for accurate uric acid detection in human sweat,” Sensors Actuators B Chem., vol. 348, p. 130674, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.130674.

S. J. Park, J. Y. Jeon, B. C. Kang, T. J. Ha, “Wearable temperature sensors based on lanthanum-doped aluminum-oxide dielectrics operating at low-voltage and high-frequency for healthcare monitoring systems,” Ceram. Int., vol. 47, no. 4, pp. 4579–4586, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/J.CERAMINT.2020.10.023.

H. Zhao, Z. Wang, Y. Li, M. Yang, “Single-sided and integrated polyaniline/ poly(vinylidene fluoride) flexible membrane with micro/nanostructures as breathable, nontoxic and fast response wearable humidity sensor,” J. Colloid Interface Sci., vol. 607, pp. 367–377, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.08.214.

V. Koval et al., “Reactive ion beam sputtered molybdenum oxide thin films for optoelectronic application,” in 2020 IEEE 40th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), 2020, pp. 246–250, doi: https://doi.org/10.1109/ELNANO50318.2020.9088736.

W. He, F. Xu, S. Lu, Y. Zhang, H. Fan, “Flexible and recoverable ion-conductive hydrogels with cross-linked triple network for highly sensitive wearable Motion-monitoring sensors,” Next Mater., vol. 1, no. 3, p. 100027, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.nxmate.2023.100027.

А. Т. Орлов, В. А. Ульянова, А. И. Зазерин, А. В. Богдан, Г. А. Пашкевич, Ю. И. Якименко, “Активный элемент на основе наностержней ZnO для устройств сбора энергии,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 59, no. 2, p. 14, 2016, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347016020023.

V. Koval, V. Barbash, M. Dusheyko, V. Lapshuda, O. Yashchenko, Y. Yakimenko, “Application of nanocellulose in humidity sensors for biodegradable electronics,” in 2020 IEEE 10th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP), 2020, pp. 02NS01-1-02NS01-5, doi: https://doi.org/10.1109/NAP51477.2020.9309598.

J. L. Eddaif, A. Shaban, “Fundamentals of sensor technology,” in Advanced Sensor Technology, Elsevier, 2022, p. 968.

C. Zinge, B. Kandasubramanian, “Nanocellulose based biodegradable polymers,” Eur. Polym. J., vol. 133, p. 109758, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/J.EURPOLYMJ.2020.109758.

V. Lapshuda, V. Koval, V. Barbash, M. Dusheiko, O. Yashchenko, S. Malyuta, “Flexible humidity sensors based on nanocellulose,” in 2022 IEEE 41st International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), 2022, pp. 208–212, doi: https://doi.org/10.1109/ELNANO54667.2022.9927092.

A. Naidonov, V. Koval, V. Barbash, M. Dusheiko, O. Yashchenko, O. Yakymenko, “Nanocellulose-based biodegradable bend sensors,” in 2022 IEEE 41st International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), 2022, pp. 292–297, doi: https://doi.org/10.1109/ELNANO54667.2022.9927070.

V. A. Barbash, O. V. Yashchenko, O. A. Vasylieva, “Preparation and properties of nanocellulose from miscanthus x giganteus,” J. Nanomater., vol. 2019, pp. 1–8, 2019, doi: https://doi.org/10.1155/2019/3241968.

В. М. Коваль et al., “Использование пленки наноструктурированного серебра в многослойной контактной системе Tі/Mo/Ag кремниевых ФЭП,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 59, no. 2, p. 4, 2016, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347016020011.

S. Xu, W. Yu, X. Yao, Q. Zhang, Q. Fu, “Nanocellulose-assisted dispersion of graphene to fabricate poly(vinyl alcohol)/graphene nanocomposite for humidity sensing,” Compos. Sci. Technol., vol. 131, pp. 67–76, 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2016.05.014.

X. Li et al., “Facile fabrication of laser-scribed-graphene humidity sensors by a commercial DVD drive,” Sensors Actuators B Chem., vol. 321, p. 128483, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128483.

H. Li, J. Zhang, B. Tao, L. Wan, W. Gong, “Investigation of capacitive humidity sensing behavior of silicon nanowires,” Phys. E Low-dimensional Syst. Nanostructures, vol. 41, no. 4, pp. 600–604, 2009, doi: https://doi.org/10.1016/j.physe.2008.10.016.

A. Kumar, G. Gupta, K. Bapna, D. D. Shivagan, “Semiconductor-metal-oxide-based nano-composites for humidity sensing applications,” Mater. Res. Bull., vol. 158, p. 112053, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2022.112053.

R. Kecili, C. M. Hussain, “Mechanism of adsorption on nanomaterials,” in Nanomaterials in Chromatography, Elsevier, 2018, pp. 89–115.

A. O. Dada, “Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin–Radushkevich Isotherms studies of equilibrium sorption of Zn 2+ unto phosphoric acid modified rice husk,” IOSR J. Appl. Chem., vol. 3, no. 1, pp. 38–45, 2012, doi: https://doi.org/10.9790/5736-0313845.

B. Tao, J. Zhang, F. Miao, H. Li, L. Wan, Y. Wang, “Capacitive humidity sensors based on Ni/SiNWs nanocomposites,” Sensors Actuators B Chem., vol. 136, no. 1, pp. 144–150, 2009, doi: https://doi.org/10.1016/j.snb.2008.10.039.

Отриманий гнучкий резистивний сенсор вологості на основі НЦ

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-07-28 — Оновлено 2022-11-26

Як цитувати

Лапшуда, В. А., Коваль, В. М., Душейко, М. Г., Барбаш, В. А., Ященко, О. В., & Малюта, С. В. (2022). Ємнісні та резистивні сенсори вологості на основі гнучкої плівки наноцелюлози для носимої електроніки. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 65(11), 700–714. https://doi.org/10.20535/S0021347022120019

Номер

Том 65 № 11 (2022): Наноелектроніка

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.