成果簡(jiǎn)介

濕度傳感器廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。根據(jù)醫(yī)療呼吸監(jiān)測(cè)、非接觸傳感和人機(jī)界面的要求，快速響應(yīng)和高重復(fù)性對(duì)于高效、精確地采集信號(hào)非常重要。以往的研究工作主要集中在靈敏度的提高上，對(duì)響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定性和可重復(fù)性進(jìn)行了削弱。本文，北京理工大學(xué)王曉毅、浙江大學(xué)高峰等研究人員在《ACS Sens》期刊發(fā)表名為“A High-Performance SurfaceAcoustic Wave Humidity Sensor with Uniform Multiwrinkled Graphene Oxide Film”的論文，研究利用真空過(guò)濾和液相轉(zhuǎn)移法獲得的均勻多皺氧化石墨烯（GO）薄膜作為傳感材料，提出了具有綜合性能的表面聲波（SAW）濕度傳感器。多皺褶氧化石墨烯薄膜具有厚度可控（薄至 29 nm）、晶圓制造均勻（2 英寸）、皺紋豐富等特點(diǎn)，因其具有大量的水分子吸附位點(diǎn)和傳遞通道而成為聲表面波濕度傳感器的有效敏感薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該傳感器可獲得高靈敏度（10.5 kHz/RH%@60 nm 厚膜）、超快響應(yīng)（約45 ms）、良好的穩(wěn)定性（變化幅度約0.1%）、可重復(fù)性（變化幅度約1%）以及晶圓級(jí)制造能力，這表明其在醫(yī)療呼吸監(jiān)測(cè)、非接觸傳感和人機(jī)界面方面具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

圖文導(dǎo)讀

圖1.基于多皺褶GO薄膜的SAW濕度傳感器示意圖。

圖2、多皺褶GO薄膜的表征。

圖3.（a） 組裝 GO 薄膜之前和之后（紅色）的 SAW 器件（黑色）的阻抗曲線。（b） 測(cè)試過(guò)程中的響應(yīng)（黑色）、校準(zhǔn)（紅色）和溫度（藍(lán)色）曲線。（c） 組裝不同厚度的 GO 薄膜后的響應(yīng)曲線。（d） SAW 濕度傳感器的測(cè)量結(jié)果和擬合結(jié)果的響應(yīng)曲線。基于多褶皺 GO 薄膜的 SAW 濕度傳感器的響應(yīng) （e） 和恢復(fù) （f） 性能。基于多褶皺 GO 薄膜的 SAW 濕度傳感器的重復(fù)性 （g）、短期 （h） 和長(zhǎng)期 （i） 穩(wěn)定性性能。

圖4.基于多褶皺 GO 薄膜的 SAW 濕度傳感器的 （a） 頻率檢測(cè)性能和 （b） 人體呼吸檢測(cè)性能。

圖5.（a） 安全警告的非接觸式傳感性能和 （b） 基于多皺褶GO薄膜的SAW濕度傳感器的人機(jī)交互演示。

小結(jié)

本文介紹了利用均勻的多皺氧化石墨烯（GO）薄膜作為傳感材料，通過(guò)真空過(guò)濾和液相轉(zhuǎn)移方法實(shí)現(xiàn)的具有超快響應(yīng)速度的表面聲波（SAW）濕度傳感器。多皺紋氧化石墨烯（GO）薄膜具有豐富的皺褶結(jié)構(gòu)、可控的厚度和晶圓級(jí)制備能力，因此非常適合用于聲表面波濕度傳感器。這些傳感器具有高靈敏度（60 nm 厚薄膜的靈敏度為 10.5 kHz/RH%）、超快響應(yīng)（～45 ms）、出色的穩(wěn)定性（變化幅度～0.1%）和可重復(fù)性（變化幅度～1%），這歸功于多皺褶GO 薄膜中固有的大量水分子吸附位點(diǎn)和傳輸通道。此外，基于多皺褶GO薄膜的聲表面波濕度傳感器在醫(yī)療呼吸監(jiān)測(cè)、非接觸式傳感和人機(jī)界面等領(lǐng)域的應(yīng)用具有巨大潛力。

文獻(xiàn)：

https://doi.org/10.1021/acssensors.4c02177

審核編輯 黃宇