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?；诙囫薨?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