近日，生物质化学工程与机能材料团队在植物纤维化学与生物质新材料领域取得新进展，相关研究成果以“Sensitive and renewable quartz crystal microbalance humidity sensor based on nitrocellulose nanocrystals”为题发表在Sensors and Actuators B: Chemical （影响因子: 9.221）上，论文第一作者为唐丽荣副教授，福建农林大学为第一作者单位和通讯作者单位。

高灵敏度、低成本、快速响应的湿度传感器是湿度检测工作的重中之重。为快速灵敏地检测湿度，工作团队研制了一种基于硝化改性纳米纤维素（NCNCs）薄膜的石英晶体微天平（QCM）传感器。采用亲水性好、吸水快、脱水快的NCNCs薄膜作为湿敏材料。

此开发材料采用傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱和X射线衍射仪对纳米纤维素的化学性质和结晶性能进行了表征。用原子力显微镜和场发射扫描电子显微镜对沉积在QCM银电极上的NCNCs的形貌、粗糙度和厚度进行了表征测试。其结果表明，NCNCs负载量为2.67µg（QCM-4）的湿度传感器具有较高的灵敏度（25.6Hz/%RH）和极短的响应/恢复时间（18s/10s）。此外，该传感器在11−84%相对湿度（RH）范围内表现出良好的可靠性、稳定性和对数线性，并采用密度泛函理论（DFT）模拟研究了水在纤维素的表面吸附及其传感应用机理。

此研究工作从绿色可持续和环保再生材料的角度来看，一定程度上证明了低成本、高湿度灵敏度的硝化改性纳米纤维素材料在多种潜在应用的高性能传感器理想材料领域中广阔的可开发空间不可小觑，并且为日后采用可再生生物质材料的 QCM 湿度传感器研发工作提供了可靠的创新策略和应用机理。

本研究工作得到了国家自然科学基金、福建省科学研究计划与国家重点研究计划等项目的支持。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128944