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北化工郭影團隊: 納米復合纖維突破傳統(tǒng)限制實現(xiàn)高性能ZnO濕度傳感
來源:研精究微  瀏覽次數(shù):3097  發(fā)布時間:2025-02-14

研究背景


相對濕度 (RH) 作為干燥技術、食品加工、生物醫(yī)學以及農業(yè)等諸多領域的關鍵指標,其重要性不言而喻。


濕度傳感器作為一種能夠檢測各類環(huán)境中相對濕度的便捷設備應運而生。在實際應用場景中,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,以及長期的穩(wěn)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(zhàn)在于,如何在實現(xiàn)快速響應與恢復的同時,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、光學和電子特性,在濕度傳感領域嶄露頭角。但傳統(tǒng)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一步提升。


研究內容


近日,北京化工大學郭影教授帶領的研究團隊,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。實驗結果顯示,這種復合納米纖維在室溫下展現(xiàn)出了極為優(yōu)異的濕度傳感性能。


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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,通過對 Ag 的摻雜量進行優(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優(yōu)點,其響應時間和恢復時間分別僅為 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: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 復合納米纖維中進行銀摻雜,可顯著提升其濕敏性能,這使得該材料有望在未來人體呼吸監(jiān)測等領域得到廣泛應用。


相關成果以 “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,在英國皇家化學會期刊 RSC Applied Interfaces 上發(fā)表。