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All-carbon fiber-based chemical sensor: Improved reversible NO<sub>2</sub> reaction kinetics
저자
Choi, Seon-Jin ; Lee, Dong-Myeong ; Yu, Hayoung ; Jang, Ji-Soo ; Kim, Min-Hyeok ; Kang, Joon-Young ; Jeong, Hyeon Su ; Kim, Il-Doo
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2019
작성언어
-주제어
등재정보
SCI,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
293-301(9쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>All-carbon fiber-based chemiresistor is fabricated by assembling reduced graphene oxide (RGO) fiber and carbon nanotube (CNT) fiber as reversible NO<SUB>2</SUB> sensing layer and flexible heater, respectively. Both graphene oxide (GO) and CNT fibers were synthesized by wet-spinning technique facilitating lyotropic nematic liquid crystal (LC) property. Randomly entangled CNT fiber-based heater, which is embedded in one surface of colorless polyimide (cPI) film with thickness of ˜200 μm, exhibits high bending stability and heating property up to 100 °C. Single reduced graphene oxide (RGO) fiber obtained after heat treatment at 900 °C in H<SUB>2</SUB>/N<SUB>2</SUB> ambient was integrated on the CNT fiber-embedded cPI heater, thereby establishing a new type of all-carbon fiber sensing platform. As a result, accelerated NO<SUB>2</SUB> adsorption and desorption kinetics were achieved with RGO fiber at an elevated temperature. In particular, a 9.22-fold enhancement in desorption kinetic (<I>k</I> <SUB>des</SUB> = 8.85 × 10<SUP>–3</SUP> s<SUP>–1</SUP>) was observed at 100 °C compared with the desorption kinetic (<I>k</I> <SUB>des</SUB> = 0.96 × 10<SUP>–3</SUP> s<SUP>–1</SUP>) at 50 °C, which was attributed to the effective heating by CNT fiber networks. This work pioneered a research on the use of emerging carbonaceous fibers for potential application in wearable chemical detectors.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Novel all-carbon fiber-based NO<SUB>2</SUB> sensor was fabricated for reliable environmental monitoring. Both RGO fiber and CNT fiber were synthesized by wet-spinning process, which is facile and compatible with large-scale production. </LI> <LI> Unique sensing architectures of 1D graphene fiber were achieved with nitrogen doping for NO<SUB>2</SUB> sensors. Highly conductive nitrogen-doped reduced graphene oxide (RGO) fiber was achieved with wrinkled surface morphology. </LI> <LI> CNT fibers were firstly demonstrated as heating networks for reversible NO<SUB>2</SUB> reaction. The CNT fibers with high electrical conductivity and mechanical stability are suitable for heating element to control the operating temperature of sensor. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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