北理工課題組在基于還原氧化石墨烯與二硫化鉬復(fù)合納米薄膜的全柔性濕度傳感器研究方面取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2024-12-31 供稿：前沿交叉科學(xué)院 攝影：前沿交叉科學(xué)院
編輯：楊婧 審核：陳棋 閱讀次數(shù)：
近日，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院范緒閣教授課題組與中北大學(xué)省部共建動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任張文棟教授合作，在基于還原氧化石墨烯與二硫化鉬復(fù)合納米薄膜的全柔性濕度傳感器研究方面取得了重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Fully Flexible Humidity Sensor with Fast Response and High Responsivity Based on rGO/MoS2 for Human Respiration Monitoring and Nontouch Switches”為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》（IF：8.3）期刊上，論文的第一作者為北京理工大學(xué)碩士研究生柯寧楓，通訊作者為北京理工大學(xué)范緒閣教授、北京理工大學(xué)的丁潔副教授及中北大學(xué)張文棟教授。
研究課題組報(bào)道了一種快速響應(yīng)、高靈敏度、全柔性的濕度傳感器，其濕度敏感薄膜是rGO與MoS2復(fù)合納米薄膜，在 11% RH-95% RH 的相對(duì)濕度范圍內(nèi)，響應(yīng)時(shí)間為0.65s，響應(yīng)度為96.7%，具備良好的可重復(fù)性、線性度與階梯濕度響應(yīng)。課題組將制備的柔性濕度敏感結(jié)構(gòu)與柔性印刷電路集成，實(shí)現(xiàn)了全柔性可穿戴濕度傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，成功應(yīng)用于人體呼吸監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)和無(wú)接觸開(kāi)關(guān)，其中在人體呼吸監(jiān)測(cè)（與口罩集成）中的響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間僅為0.18s和1.22s，響應(yīng)度高達(dá)92.6%，展現(xiàn)出了良好的呼吸監(jiān)測(cè)效果。這些研究結(jié)果證明rGO/MoS2復(fù)合納米薄膜是一種性能良好的濕度敏感薄膜材料，有潛力應(yīng)用于可穿戴設(shè)備、無(wú)接觸開(kāi)關(guān)等領(lǐng)域。
圖1 不同組分的rGO/MoS2納米復(fù)合敏感薄膜濕度傳感響應(yīng)
圖2 rGO/MoS2納米復(fù)合敏感薄膜（摩爾比1：1.5）濕度傳感器具備良好的穩(wěn)定性、可重復(fù)性、階梯濕度響應(yīng)與線性度
圖3 全柔性濕度傳感器應(yīng)用于人體呼吸監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)與無(wú)接觸開(kāi)關(guān)
論文詳情：Ningfeng Ke， Fangcheng Si, Hongliang Ma, Qiang Gao, Gengwu Ge, Wei Liu, Jie Ding*, Wendong Zhang*, and Xuge Fan*, Fully Flexible Humidity Sensor with Fast Response and High Responsivity Based on rGO/MoS2 for Human Respiration Monitoring and Nontouch Switches, ACS Applied Materials & Interfaces, 2024. DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.4c18757
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c18757?goto=supporting-info
本研究受到北京市自然科學(xué)基金，國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金（海外）、北京理工大學(xué)特立青年學(xué)者人才支持計(jì)劃啟動(dòng)項(xiàng)目、北京理工大學(xué)科技創(chuàng)新計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
附作者簡(jiǎn)介：
柯寧楓，第一作者，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院在讀碩士研究生。
司方成，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院在讀碩士研究生。
丁潔，共同通訊作者，北京理工大學(xué)集成電路與電子學(xué)院副教授，研究方向?yàn)樾滦桶雽?dǎo)體器件的建模與仿真，CMOS器件、閃存器件的隨機(jī)漲落與可靠性研究，設(shè)計(jì)與工藝協(xié)同優(yōu)化方法（DTCO），傳感器器件的建模仿真與機(jī)理。
張文棟，共同通訊作者，中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院教授、中北大學(xué)省部共建動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、山西省人大教科文衛(wèi)工委副主任。曾任中北大學(xué)校長(zhǎng)、太原理工大學(xué)校長(zhǎng)、山西省教育廳廳長(zhǎng)、山西省政府副秘書(shū)長(zhǎng)等。1997年獲國(guó)家杰出青年基金，2000年獲全國(guó)百篇優(yōu)博。長(zhǎng)期從事動(dòng)態(tài)測(cè)試和微米納米技術(shù)研究，先后主持完成國(guó)家自然科學(xué)基金杰出青年基金、重點(diǎn)項(xiàng)目、重大儀器專項(xiàng)等科研項(xiàng)目40余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文近400篇，出版專著8部，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利76項(xiàng)。獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)3項(xiàng)（排名第一2項(xiàng)，第二1項(xiàng)）、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)、國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、何梁何利基金“科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)”、省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一、二等獎(jiǎng)9項(xiàng)、國(guó)家教學(xué)成果二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。先后被授予“全國(guó)先進(jìn)工作者”稱號(hào)、“國(guó)家有突出貢獻(xiàn)的中青年專家”稱號(hào)、全國(guó)五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)隆⒌?屆中國(guó)青年科技獎(jiǎng)?wù)碌泉?jiǎng)勵(lì)。研究方向?yàn)閯?dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)與智能儀器、微型機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）等。
范緒閣，共同通訊作者，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院教授，國(guó)家級(jí)海外高層次青年人才、北京理工大學(xué)特立青年學(xué)者。研究方向?yàn)镸EMS、NEMS、微納傳感器、微納加工、石墨烯等敏感薄膜。曾率先研制出超小、高靈敏石墨烯納機(jī)電加速度傳感器原型器件。以一作或通訊在Nature Electronics、Science Advances、Nano Letters、Microsystems & Nanoengineering、Small、Carbon、ACS AMI等國(guó)際重要期刊與會(huì)議發(fā)表近40篇論文，申請(qǐng)及授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利15項(xiàng)。擔(dān)任科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃指南編制總體專家組成員及項(xiàng)目評(píng)審人，國(guó)家自然科學(xué)基金委、工業(yè)和信息化部、科技部、中國(guó)博士后管理委員會(huì)、國(guó)家留學(xué)基金委等部門的項(xiàng)目評(píng)審人。研究方向?yàn)槲⒓{機(jī)電系統(tǒng)（MEMS/NEMS）、微納傳感器、微納加工、石墨烯等敏感薄膜。
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