高分子型湿敏传感结构材料及器件

综述了湿敏传感器的研究进展。重点介绍了四类高分子型湿度传感器,电容型、电阻型（电子导电型和离子导电型）、声表面波（ＳＡＷ）型和光敏型。同时还简介介绍 类聚炔湿敏传感结构材料的研究结果,及今后该研究领域的发展方向。     

纳米晶LaCoxFe1-xO3的合成、表征及湿敏特性

采用PEG溶胶-凝胶法合成了纳米晶LaCoxFe1-xO3, 并用DTA-TGA、XRD以及SEM对样品进行表征. 结果表明, 所有样品的原粉在600 ℃焙烧下都形成了稳定的钙钛矿纳米晶, Co含量对形成纳米晶的固相反应和纳米晶的平均粒子尺寸都有明显的影响. 此外, 还研究了纳米晶LaCoxFe1-xO3的湿敏特性, 发现在所有的样品中, LaCo0.3Fe0.7O3表现出比其它样品好的湿敏特性, 但是此材料只在相对湿度(RH)大于54%时对湿度的变化有较高的灵敏度, 掺杂适量的Na2CO3可以改善此材料的湿敏特性, 使它在全程湿度范围(RH 11%-95%)内对湿度变化都有很好的响应.     

不同氧化程度氧化石墨烯的制备及湿敏性能研究

基于氧化石墨烯具有多种含氧官能团和极大的比表面积,研究了不同氧化程度氧化石墨烯的湿敏性能。采用改进的Hummers法制备不同氧化程度的氧化石墨,经过超声分散制备氧化石墨烯水相分散液后,制成氧化石墨烯薄膜湿敏元件。采用X射线衍射、原子力显微镜、红外光谱、拉曼光谱和X射线光电子能谱对实验样品的结构和谱学特性进行表征。结果表明:石墨经氧化后,底面间距增大为0.9 nm左右;随氧化剂用量的增加,氧化石墨中石墨的衍射峰逐渐消失,石墨相微晶尺寸逐渐减小,O/C原子比逐渐增大,氧化程度逐渐升高;氧化石墨烯在水相分散液中可达单层分散,单层氧化石墨烯厚度约为1.3 nm;氧化石墨烯表面接有-OH、C-O-C、C=O和COOH官能团,且官能团含量随氧化程度的升高而增大;氧化石墨烯薄膜元件在室温下对湿度的响应时间约3 s,灵敏度达99%;在11.3%-93.6%相对湿度范围内,元件的电阻随湿度升高显著减小,较高氧化程度的氧化石墨烯薄膜的电阻对数与相对湿度呈线性变化;氧化程度越高,元件灵敏度越高,响应时间越短。     

BST/Si-NPA复合薄膜的湿敏电容特性研究

本文采用溶胶-凝胶法和旋涂工艺，以Si-NPA为衬底，制备了钛酸锶钡(BST)/Si-NPA复合薄膜，并对其形貌、结构及湿敏电容特性进行了研究。结果表明，环境的相对湿度(RH)、测试信号频率和退火温度均对湿敏电容特性具有较大影响。在100 Hz的测试信号频率下，当环境的相对湿度从11%上升到95%时，BST/Si-NPA湿敏元件的电容增量可达起始值的4 400%，显示出较高的湿度敏感性。同时，元件的响应时间和恢复时间均约为42 s，表现出较快的时间响应和均衡的吸附/脱附。最后，通过复阻抗法讨论了元件的感湿机理。     

醋酸丙炔酯低聚物的合成及其湿敏性

采用新的过渡金属钯σ 键合炔酯单体络合物 [Pd(C≡CCH2 OOCCH3 ) 2 (PPh3 ) 2 ](PPA) ]作为催化剂 ,合成了主链含π 共轭结构、可溶的醋酸丙炔酯低聚物 (OPAT) ,其重均分子量为 4 50 0 ,聚合度约为 4 5.研究了这一新聚合反应的特征、动力学行为和产物的湿敏特性 .聚合反应的表观速率方程为 :Rp=kp[PAT]1.5[PPA]1.5,其中表观速率常数kp=6 58× 1 0 -4 L2 mol-2 s-1,表观活化能为 1 1 0 2kJ/mol.低聚物经无水三氯化铁掺杂后 ,在几乎全部湿度范围内 (RH % :1 1 %～ 96% )显示良好湿敏响应 .     

复阻抗法分析聚吡咯材料的湿敏特性

通过延长聚合时间到96 h合成了一种对湿度敏感的聚吡咯材料. 采用红外(IR)光谱, X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)的方法对合成的材料进行了表征. 测量了基于该材料的湿敏元件的湿度特性, 并且得到了在20 Hz-100 kHz频率范围内的复阻抗谱图. 基于测量结果讨论了该材料制备的湿敏元件的湿度敏感机制. 通过对复阻抗谱的分析研究了该湿敏元件的工作机理并且分析了参与导电的粒子.     

基于CsPbBr3量子点的湿度传感器的制备及其在微裂纹检测中的应用

采用简单的溶液路线结合乙酰丙酮铁(AAI)改性技术,制备了分散性良好、尺寸均匀的钙钛矿型CsPbBr₃-Fe量子点(QDs),通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及光致发光(PL)光谱对材料进行表征。并通过旋涂法构筑基于钙钛矿QDs的电阻式湿度传感器。湿敏特性测量结果表明：该湿度传感器在10%~100%的相对湿度(RH)的检测范围内具有良好的线性、快速响应特性;在70% RH时传感器的灵敏度为1.1,响应时间为33 s,恢复时间为38 s。此外,我们运用有限元方法模拟了管道微裂缝的泄漏行为,通过模拟不同流速、压力下的流速场和压力场分布,验证了利用湿度传感器检测泄漏点位置的可行性。     

氮掺杂石墨烯负载锰催化分解高湿臭氧性能

以三聚氰胺为氮源,通过热退火氧化石墨烯（GO）合成氮掺杂石墨烯（NG）,使用浸渍沉淀法制备NG负载锰（Mn/NG）。在相对湿度（RH）为80%,臭氧初始浓度为85.7 mg·m^-3条件下,反应24 h后,臭氧的分解率依旧保持在80%以上。在低RH环境下,其催化活性又能恢复到初始状态。氮掺杂不但为催化剂制造了结构缺陷,同时氮原子的孤对电子增大了氧空位电子密度,降低了水分子的吸附能,提高了催化剂的抗湿性能。     

基于CsPbBr3量子点的湿度传感器的制备及其在微裂纹检测中的应用

采用简单的溶液路线结合乙酰丙酮铁(AAI)改性技术，制备了分散性良好、尺寸均匀的钙钛矿型CsPbBr₃-Fe量子点(QDs)，通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及光致发光(PL)光谱对材料进行表征。并通过旋涂法构筑基于钙钛矿QDs的电阻式湿度传感器。湿敏特性测量结果表明：该湿度传感器在10%~100%的相对湿度(RH)的检测范围内具有良好的线性、快速响应特性；在70% RH时传感器的灵敏度为1.1，响应时间为33 s，恢复时间为38 s。此外，我们运用有限元方法模拟了管道微裂缝的泄漏行为，通过模拟不同流速、压力下的流速场和压力场分布，验证了利用湿度传感器检测泄漏点位置的可行性。     

还原温度对氧化石墨官能团、结构及湿敏性能的影响

基于氧化石墨具有多种官能团,研究了还原温度对氧化石墨结构及湿敏性能的影响。在不同温度下,对改进Hummers法制备的高氧化程度氧化石墨薄膜进行了还原,制备了不同温度条件下还原的氧化石墨薄膜湿敏元件。采用FTIR、XRD和Raman对实验样品的官能团及结构变化属性进行表征分析。结果表明：石墨被氧化后,碳原子结构层上接入-OH、环氧基、C=O和COOH官能团,底面间距增大至0.9084nm;利用热还原法制备石墨烯的过程中,随着还原温度的升高,氧化石墨官能团逐渐热解,石墨化区域逐渐恢复但其相对尺寸减小,缺陷增多,氧化石墨的底面间距沿c轴方向由0.9084nm逐渐减小到0.4501nm;且不同温度还原的氧化石墨薄膜的电阻从10.32MΩ减小至41.1Ω。在11.3%~93.6%相对湿度范围内,不同温度还原的氧化石墨薄膜湿敏元件的电阻随湿度升高而显著减小;氧化石墨还原程度越高,响应时间越长,脱附时间越短;150℃还原的氧化石墨薄膜湿敏元件具有最佳的湿敏性能。