中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
研究背景
相對濕度 (RH) 作為干燥技術(shù)、食品加工、生物醫學(xué)以及農業(yè)等諸多領(lǐng)域的關(guān)鍵指標，其重要性不言而喻。
濕度傳感器作為一種能夠檢測各類(lèi)環(huán)境中相對濕度的便捷設備應運而生。在實(shí)際應用場(chǎng)景中，濕度傳感器需具備高靈敏度、高選擇性、快速的響應與恢復速度，以及長(cháng)期的穩定性和良好的可重復性等特性。然而，當前濕度傳感器面臨的一項重大挑戰在于，如何在實(shí)現快速響應與恢復的同時(shí)，保證較小的濕滯后。
在眾多金屬氧化物里，氧化鋅 (ZnO) 憑借其獨特的化學(xué)、光學(xué)和電子特性，在濕度傳感領(lǐng)域嶄露頭角。但傳統的 ZnO 濕度傳感器存在濕滯較大的缺陷，且其響應傳感性能有待進(jìn)一步提升。
研究?jì)热?/strong>
近日，北京化工大學(xué)郭影教授帶領(lǐng)的研究團隊，為克服 ZnO 濕敏滯后大的弊端并增強其濕敏性能，運用靜電紡絲技術(shù)與高溫煅燒處理相結合的方法，成功制備出一種一維 Ag 摻雜的 ZnGa?O?/ZnO 復合納米纖維 (ZG-Ag)，該材料具有高比表面積和高電導率的特性。實(shí)驗結果顯示，這種復合納米纖維在室溫下展現出了極為優(yōu)異的濕度傳感性能。
Figure 1. Ag 摻雜的 ZnGa?O?/ZnO 復合納米纖維復合材料的結構及性能圖
在該研究工作中，通過(guò)對 Ag 的摻雜量進(jìn)行優(yōu)化，使得 ZG-Ag 復合材料具備了響應迅速、濕滯微小、響應恢復快速等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)，其響應時(shí)間和恢復時(shí)間分別僅為 2.2 s 和 1.5 s。
ZG-Ag 之所以具有如此優(yōu)異的濕敏性能，主要歸因于以下三點(diǎn)：1.其一維納米纖維結構賦予了其較大的比表面積；2.多孔結構為其提供了更多的氧空位，進(jìn)而增強了對水分子的敏感性；3.銀離子的摻雜極大地提高了材料的導電性。綜上所述，在ZnGa?O?/ZnO 復合納米纖維中進(jìn)行銀摻雜，可顯著(zhù)提升其濕敏性能，這使得該材料有望在未來(lái)人體呼吸監測等領(lǐng)域得到廣泛應用。
相關(guān)成果以 “High-performance humidity sensor based on Ag-doped ZnGa?O?/ZnO composite nanofibers”(《基于 Ag 摻雜 ZnGa?O?/ZnO 復合納米纖維的高性能濕度傳感器》)為題，在英國皇家化學(xué)會(huì )期刊 RSC Applied Interfaces 上發(fā)表。
