成果簡介

濕度傳感器廣泛應用于物聯(lián)網（IoT）。根據(jù)醫(yī)療呼吸監(jiān)測、非接觸傳感和人機界面的要求，快速響應和高重復性對于高效、精確地采集信號非常重要。以往的研究工作主要集中在靈敏度的提高上，對響應時間、穩(wěn)定性和可重復性進行了削弱。本文，北京理工大學王曉毅、浙江大學高峰等研究人員在《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，研究利用真空過濾和液相轉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，因其具有大量的水分子吸附位點和傳遞通道而成為聲表面波濕度傳感器的有效敏感薄膜。實驗結果表明，該傳感器可獲得高靈敏度（10.5 kHz/RH%@60 nm 厚膜）、超快響應（約45 ms）、良好的穩(wěn)定性（變化幅度約0.1%）、可重復性（變化幅度約1%）以及晶圓級制造能力，這表明其在醫(yī)療呼吸監(jiān)測、非接觸傳感和人機界面方面具有實際應用價值。

圖文導讀

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） 測試過程中的響應（黑色）、校準（紅色）和溫度（藍色）曲線。（c） 組裝不同厚度的 GO 薄膜后的響應曲線。（d） SAW 濕度傳感器的測量結果和擬合結果的響應曲線?；诙囫薨?GO 薄膜的 SAW 濕度傳感器的響應 （e） 和恢復 （f） 性能?；诙囫薨?GO 薄膜的 SAW 濕度傳感器的重復性 （g）、短期 （h） 和長期 （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） 頻率檢測性能和 （b） 人體呼吸檢測性能。

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濕度傳感器的人機交互演示。

小結

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，通過真空過濾和液相轉移方法實現(xiàn)的具有超快響應速度的表面聲波（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構、可控的厚度和晶圓級制備能力，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（～45 ms）、出色的穩(wěn)定性（變化幅度～0.1%）和可重復性（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、非接觸式傳感和人機界面等領域的應用具有巨大潛力。

文獻：

https://doi.org/10.1021/acssensors.4c02177

審核編輯 黃宇