关于羟乙基纤维素膜的研究

导读:天津津腾实验设备有限公司为了验证羟乙基纤维素水凝胶用作光纤传感器湿敏材料的可行性，有人设计了一种新的基于羟乙基纤维素的光纤湿度传感器。

来源：未知发布日期：2019-11-25 10:22【大中小】

天津津腾实验设备有限公司为了验证羟乙基纤维素水凝胶用作光纤传感器湿敏材料的可行性，有人设计了一种新的基于羟乙基纤维素的光纤湿度传感器。

在工业生产、医疗卫生、农业种植、生物医疗、环保等领域中，环境相对湿度是一个非常重要的参数，因此需要湿度传感器能够快速准确的检测出环境湿度的变化。传统的湿度传感器主要是基于金属氧化物、半导体材料等制作的，其耐腐蚀性差、体积较大、不能抗电磁干扰、响应不够灵敏。水凝胶是一些高分子聚合物以水为分散介质而形成的凝胶，其在水中会形成交联网状结构，能够迅速吸收和保持大量的水分。常见的水凝胶有甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙烯醇、琼脂糖、壳聚糖、海藻酸盐、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酰胺等。这些三维网状结构的水凝胶往往含有大量亲水基和疏水基，亲水基包含有羧基，酰胺基，羟基，磺基等，疏水基包含烷基等。

亲水基能迅速吸收大量水分，而疏水基则可以快速放出水分，对水分变化非常敏感，因此，水凝胶是一种优秀的湿敏材料。羟乙基纤维素是一种典型的高分聚合物材料，其被广泛的应用在医疗保健、食品加工、布料纺织、化工农药、建筑涂料等领域。由于羟乙基纤维素水凝胶具有良好的吸水性，而且易粘结易成膜，因此可以将羟乙基纤维素水凝胶作为一种良好的湿敏材料。但是目前使用羟乙基纤维素作为光纤湿度传感器湿敏材料的研究尚未见报道。天津津腾了解到有人设计了一种基于空芯光纤和羟乙基纤维素水凝胶膜的相对湿度传感器，并且通过实验证明该传感器具有良好的湿度响应特性，在湿度从35%~85%的响应时间为2.75s，实验结果表明羟乙基纤维素是一种性能良好的光纤传感器用湿敏材料。

实验和讨论
实验装置由恒温恒湿箱、光纤解调仪和计算机组成。将所制作的湿度传感器放置在恒温恒湿箱中，该恒温恒湿箱的湿度测量范围是30%-90%环境相对湿度，相对误差是±2%环境相对湿度。从光纤解调仪发射的中心波长为1550nm的入射光经过传输单模光纤到达空芯光纤湿度传感区域，在湿度传感区发生反射，反射光再次进入光纤解调仪，然后经过计算机进行显示和处理。根据前期的研究结果和相关文献资料，这种基于湿敏薄膜的法布里-珀罗干涉仪型光纤传感器的湿度响应原理如下：当环境湿度增加时，羟乙基纤维素水凝胶薄膜吸水膨胀，厚度增加，导致反射光光程差发生改变，从而导致传感器的反射光谱向长波方向移动。相反的，当湿度降低时，羟乙基纤维素水凝胶含水量下降而导致厚度减小，使得反射光谱向短波方向移动。

结论
设计并且制作了一种新的基于空芯光纤和羟乙基纤维素水凝胶膜的光纤相对湿度传感器。通过实验证明了羟乙基纤维素作为湿度传感器湿敏材料的可行性和应用潜力。该传感器由一段150μm的空芯光纤覆盖有一层10μm厚的羟乙基纤维素水凝胶膜构成。天津津腾实验设备有限公司通过实验研究了所设计的传感器的湿度响应特性，结果表明，所设计的湿度传感器对湿度的变化非常敏感，灵敏度达224.5pm/%环境相对湿度；响应时间快，这种传感器的响应和恢复时间分别为约2.75s（从35％环境相对湿度到85％环境相对湿度）和3.35s（从85％环境相对湿度到35％）。因此，羟乙基纤维素是一种良好的湿敏材料，未来在各类湿度传感器中都具有广泛的应用前景。

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