米乐(中国)官方网站 可将密封容器内湿度控制在20%至80%的新方法

米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）纳米材料研究部[研究部部长佐佐木刚]纳米薄膜器件组首席研究员向田正和（兼任AIST/东京大学先进Operando测量技术开放创新实验室（以下简称“OperandoMeasurementOIL”））、守圭介首席研究员（兼任OperandoMeasurementOIL）、研究部服务员（Operando测量）TakaoIshida OIL）），纳米生物材料应用组研究员Takehiro Ding及其同事开发了这种材料作为有机电极材料。导电聚合物PEDOT/PSS表现出高吸湿性，并开发了一种利用该特性的简单湿度控制方法。此外，他们还制作了一个体积约为 1 升的简单湿度控制容器原型，并证明使用单节 AA 电池即可将湿度控制在 20% 至 80% 之间。预计可应用于在任意湿度环境下运输和储存食品、药品、生物材料等的容器，以及在类似于真实环境的高湿度环境下进行光谱分析的样品保持单元。

这项研究由英国皇家化学学会发表 (英国皇家化学会，RSC)RSC 进展

使用导电聚合物 PEDOT/PSS 制作的湿度控制容器原型（左）和容器内部的湿度控制（右）

大气中的水分对于保持生物的湿润、保持食物的新鲜度以及妥善保存文化财产是必要的，但另一方面，过多的水分也会导致材料变质。研究领域也需要湿度控制，因为湿度常常影响材料和器件的性能。根据目的进行适当的湿度控制可以说是一项重要的技术。除湿机和空调一般用于控制湿度，但它们也会引起振动、噪音以及气流和温度的变化。此外，它不能在小容器中使用。虽然有一些小型除湿机使用电解质膜电解并去除水，但响应时间很慢，并且产生的氢气和氧气的排放可能是一个问题。另外，也有气流式调湿室，但它们是由气体导入系统、排气系统、控制系统构成的大型装置，存在流动气体成分对样品的影响、因气流导致目标分析成分流出等问题。因此，需要一种新的湿度控制方法。

AIST 使用 PEDOT/PSS，已知其在导电聚合物中具有特别高的导电性热电转换(2012 年 8 月 31 日 AIST 新闻稿)，目前正在进行热电模块实际应用的研究和开发。在此过程中，我们发现PEDOT/PSS的吸湿性约为30%（重量）。 PEDOT/PSS具有由主要负责导电的PEDOT和主要负责维持结构的PSS组成的层状结构，其高吸湿性归因于PSS部分（图1左）。因此，如果对 PEDOT 通电，少量的焦耳热可以从 PSS 部件中释放水分，并进行了演示（图 1 右）。

图1 导电聚合物PEDOT/PSS结构及吸湿/解吸示意图

PEDOT/PSS是一种导电聚合物，具有高达1,000 S/cm以上的极高电导率，使电流可以轻松流过。然而，与金属电极和引线的接触电阻极高，无法发挥PEDOT/PSS原有的性能。因此，我们在引线部分使用金电极来降低接触电阻。如图2（左）所示，将PEDOT/PSS放在温度24℃、湿度43%的房间内的电子天平上，如图2（右）所示，为0A/cm²75 A/cm 起²施加电流（该值为电流密度），PEDOT/PSS的重量为100 mg，随着电流值的增加（超过15 mg）而减少，电流降至0 A/cm²时，体重恢复正常。

图2 导电聚合物PEDOT/PSS通电时的质量变化 （问。 Wei 等人，RSC Adv，2018, 8, 12540-12546。部分摘录）

根据上述结果，1升容器中的面积为25厘米²，通过放置厚度约为300μm的PEDOT/PSS，并根据容器内设定的湿度控制电流的通断，可以将湿度控制在20％至80％之间的任何所需值（误差为±2％）。它具有出色的响应速度，几分钟内即可达到设定湿度。该原型机由单节 AA 电池供电，可在 80% 的湿度设置（高电流）下连续运行一天，在 30% 的湿度设置（低电流）下连续运行一周以上。只需调整PEDOT/PSS薄膜的面积以适应容器的体积等，即可在正常生活条件（温度：0至40°C，湿度：20至80%）下保持所需的湿度。此外，通过使用浸入水中以保留足够水分的膜可以保持高湿度，反之，通过使用经过高温干燥的膜可以保持低湿度。由于通电时产生热量的PEDOT和吸收和释放水的PSS在纳米水平上非常接近，因此认为所提供的电力被有效地利用来释放水。另外，通电引起的容器内部的温度变化在4℃以内(使用温度22℃)。 PEDOT/PSS 薄膜本身可在高达 200°C 的温度下使用。

通过这种方式，我们开发了一种宽范围、高精度、低功耗的湿度控制器，它没有移动部件，只需向导电聚合物通电即可运行。

我们的目标是开发一种不使用贵金属作为引线的更便宜的系统，并将其作为小型湿度控制容器投入实际使用。此外，我们还将致力于开发能够实现大容量湿度控制的方法。

国立产业技术综合研究所
纳米材料研究部纳米薄膜器件组
首席研究员 Masakazu Mukoda 电子邮件：mskzmukaida*aistgojp（发送前请将 * 更改为 @。）

◆导电聚合物

一种导电聚合物。通常，使用具有长共轭结构的聚合物。[返回来源]

◆PEDOT/PSS

聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)的缩写在导电聚合物中具有特别高的导电性。[返回来源]

◆热电转换

通过热能引起的载流子（电子等）的移动而产生电力的现象。相反，通过通电而产生或吸收热量的现象。[返回来源]

◆焦耳热

当电流通过时，材料的电阻产生热量。[返回来源]