北理工課題組在基于還原氧化石墨烯與二硫化鉬復合納米薄膜的全柔性濕度傳感器研究方面取得重要進展
發布日期：2024-12-31 供稿：前沿交叉科學院 攝影：前沿交叉科學院
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近日，北京理工大學前沿交叉科學研究院范緒閣教授課題組與中北大學省部共建動態測試技術國家重點實驗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合納米薄膜的全柔性濕度傳感器研究方面取得了重要進展。相關研究成果以“Fully Flexible Humidity Sensor with Fast Response and High Responsivity Based on rGO/MoS2 for Human Respiration Monitoring and Nontouch Switches”為題發表在國際知名期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》（IF：8.3）期刊上，論文的第一作者為北京理工大學碩士研究生柯寧楓，通訊作者為北京理工大學范緒閣教授、北京理工大學的丁潔副教授及中北大學張文棟教授。
研究課題組報道了一種快速響應、高靈敏度、全柔性的濕度傳感器，其濕度敏感薄膜是rGO與MoS2復合納米薄膜，在 11% RH-95% RH 的相對濕度范圍內，響應時間為0.65s，響應度為96.7%，具備良好的可重復性、線性度與階梯濕度響應。課題組將制備的柔性濕度敏感結構與柔性印刷電路集成，實現了全柔性可穿戴濕度傳感器監測系統，成功應用于人體呼吸監測、運動監測和無接觸開關，其中在人體呼吸監測（與口罩集成）中的響應時間和恢復時間僅為0.18s和1.22s，響應度高達92.6%，展現出了良好的呼吸監測效果。這些研究結果證明rGO/MoS2復合納米薄膜是一種性能良好的濕度敏感薄膜材料，有潛力應用于可穿戴設備、無接觸開關等領域。
圖1 不同組分的rGO/MoS2納米復合敏感薄膜濕度傳感響應
圖2 rGO/MoS2納米復合敏感薄膜（摩爾比1：1.5）濕度傳感器具備良好的穩定性、可重復性、階梯濕度響應與線性度
圖3 全柔性濕度傳感器應用于人體呼吸監測、運動監測與無接觸開關
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基金，國家自然科學基金、國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金優秀青年基金（海外）、北京理工大學特立青年學者人才支持計劃啟動項目、北京理工大學科技創新計劃等項目的資助。
附作者簡介：
柯寧楓，第一作者，北京理工大學前沿交叉科學研究院在讀碩士研究生。
司方成，北京理工大學前沿交叉科學研究院在讀碩士研究生。
丁潔，共同通訊作者，北京理工大學集成電路與電子學院副教授，研究方向為新型半導體器件的建模與仿真，CMOS器件、閃存器件的隨機漲落與可靠性研究，設計與工藝協同優化方法（DTCO），傳感器器件的建模仿真與機理。
張文棟，共同通訊作者，中北大學儀器與電子學院教授、中北大學省部共建動態測試技術國家重點實驗室主任、山西省人大教科文衛工委副主任。曾任中北大學校長、太原理工大學校長、山西省教育廳廳長、山西省政府副秘書長等。1997年獲國家杰出青年基金，2000年獲全國百篇優博。長期從事動態測試和微米納米技術研究，先后主持完成國家自然科學基金杰出青年基金、重點項目、重大儀器專項等科研項目40余項，發表學術論文近400篇，出版專著8部，授權國家發明專利76項。獲得國家科學技術發明二等獎3項（排名第一2項，第二1項）、三等獎1項、國家科學技術進步二等獎1項、何梁何利基金“科學技術創新獎”、省部級科技進步獎一、二等獎9項、國家教學成果二等獎1項。先后被授予“全國先進工作者”稱號、“國家有突出貢獻的中青年專家”稱號、全國五一勞動獎章、第5屆中國青年科技獎章等獎勵。研究方向為動態測試技術與智能儀器、微型機電系統（MEMS）等。
范緒閣，共同通訊作者，北京理工大學前沿交叉科學研究院教授，國家級海外高層次青年人才、北京理工大學特立青年學者。研究方向為MEMS、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等國際重要期刊與會議發表近40篇論文，申請及授權中國發明專利15項。擔任科技部重點研發計劃指南編制總體專家組成員及項目評審人，國家自然科學基金委、工業和信息化部、科技部、中國博士后管理委員會、國家留學基金委等部門的項目評審人。研究方向為微納機電系統（MEMS/NEMS）、微納傳感器、微納加工、石墨烯等敏感薄膜。
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