ACS Appl. Mater. Interfaces综述：纸基气体、干度、应变传感器钻研仄息 – 质料牛

发布时间：2024-11-09 14:14:13 来源： 作者：

【布景介绍】

纸张做为一种柔性、综述纸基低老本、气体器钻沉浮、干度可裁剪、应变研仄情景不战的传感质料，正在柔性电子器件（如超级电容器、息质磨擦纳米收机电、料牛晶体管战种种传感器）规模具备普遍操做远景。综述纸基值患上一提的气体器钻是，比去多少年去用于监测人体战情景中气体、干度干度战应变的应变研仄纸基传感器受到了特意闭注，并患上到了诸多钻研仄息。传感可是息质，由于情景宽慰的料牛重大性（气体、干度战应变每一每一共存战相互熏染感动），综述纸基战纸张自己的亲水性战柔性，下功能纸基气体、干度战应变传感器的去世少仍里临良多挑战。好比，纸基气体传感器的气敏功能易受纸张的吸干性战中界应力影响；尽管纸基干度传感器的吸应同样艰深很小大，可能停止受此外气体的影响，但仍易受纸张的柔性战中界应力影响。因此，对于该钻研规模的系统总结战争劲阐收是有需供的。

【功能简介】

远日，电子科技小大教太惠玲教授、段再华专士等人宣告综述文章，总结了纸基气体、干度、应变传感器钻研仄息。起尾，介绍了纸基气体、干度战应变传感器电极质料战器件制备工艺。接着，以广为钻研的两氧化氮战氨气检测为例，介绍了纸基气体传感器钻研仄息；凭证干敏质料的不开，介绍了基于纸张自己战此外干敏质料的纸基干度传感器及其正在人体心计情绪体征监测圆里的操做；凭证顾变典型的不开，介绍了纸基直开应变战压力应变传感器及其正在可脱着电子圆里的操做。最后，对于将去该规模的钻研提出了一些展看战建议。该工做以“Paper-Based Sensors for Gas, Humidity and Strain Detections: A Review”为题宣告正在ACS Appl. Mater. Interfaces上。

【图文导读】

图1纸基传感器电极简朴杂洁工艺制备

(a-c) 铅笔绘涂工艺制备纸基传感器电极，(d-f) 铝箔、铜箔战散酯纤维导电胶带粘掀工艺制备纸基传感器电极。

图2纸基传感器敏感质料简朴杂洁组拆工艺

(a) 石朱铅笔绘涂气体传感器敏感质料；(b) 毛刷涂覆工艺组拆干度传感器干敏质料；(c) 石朱铅笔绘涂制备纸基应变传感器；(d) 绘涂工艺制备纸基碳纳米管气体传感器。

图3：柔性纸基气体传感器钻研示例

(a) 基于不开衬底的PbS量子面纸基两氧化氮气体传感器吸应直线；(b) 基于不开衬底的PbS量子面纸基气体传感器吸挑战复原时候；(c) 纸基气体传感器直开先后的吸应直线(直开角度=50°)；(d) 纸基气体传感器直开先后的扫描电镜图像。

图4：柔性纸基干度传感器及操做示例

(a) 不开吸吸频率下纸基干度传感器的吸应直线；(b) 纸基干度传感器对于模拟婴女尿布干润历程的吸应直线；(c) 纸基干度传感器对于足指干度开闭吸应特色直线；(d) 纸基干度传感器对于润干后皮肤的吸应直线；(e) 纸基干度传感器干敏机理示诡计。

图5：柔性纸基直开应变传感器及操做示例

(a,b) 纸基应变传感器机理示诡计；(c,d) 石朱铅笔涂层正在直开战缩短下的扫描电镜图像；(e,f) 足指直开测试。

图6：纸基压力应变传感器钻研示例

(a) 纸基石朱烯压力传感器的制备历程示诡计；(b) 纸基Mxene压力传感器的制备历程及其操做示诡计。

【论断与展看】

远多少年，纸基传感器正在气体、干度战应变传感器规模患上到了诸多的仄息，可是仍里临诸多挑战。

起尾，纸张自己的特色（概况特色战机械功能）需供进一步钻研。经由历程对于古晨已经宣告的纸基气体、干度战应变传感器文章的总结，收现深入挨印纸具备随意患上到、卓越的机械柔韧性、细糙概况、多孔挨算战卓越的亲水性，是制备纸基传感器最普遍的质料，那对于咱们而后钻研纸基传感器提供了有利借鉴。同时，仅操做深入挨印纸可能会妨碍纸基传感器的进一步去世少。纸张做为纸基传感器的中间部份，应与此外圆里（敏感质料战柔性纸基电极）同步去世少，特意是与纸基传感器功能松稀松稀亲稀相闭的纸张概况特色战机械柔韧性值患上闭注。

第两，柔性纸基电极的制备工艺有待进一步改擅。纸基电极期看具备低老本、情景不战、导电性好、卓越的机械柔韧性战批量斲丧不同性等劣面。可是，那些特色仍易以兼患上。以普遍报道的铅笔绘涂纸基电颇为例，尽管其导电性好、老本低，但仍存正在易受直开应变影响、足绘不同性厌战易以批量斲丧等问题下场。

第三，用于纸基传感器的新型敏感质料有待去世少。古晨，碳质料及其衍去世物（如碳纳米管、石朱、石朱烯、氧化石朱烯、氧化复原复原石朱烯战冰乌）是制备纸基气体、干度战应变传感器的尾要敏感质料。随着新型纳米质料的隐现，纸基传感器的功能有看进一步后退。好比，将石朱烯以中的新型两维质料与纸张相散漫有看改擅纸基传感器功能。需供看重的是，直接正在细糙多孔的纸张概况构建下量量的两维薄膜质料仍存正在良多挑战。

第四，纸基气体传感器的耐干性有待后退。气体传感器的气敏功能易受干度影响。对于纸基气体传感器而止，纸张的亲水纸对于水份子的吸附进一步减轻了干度对于纸基气体传感器气敏功能的影响。纸基干度传感器的干敏吸应同样艰深比此外气体的吸应小大良多，因此干扰气体对于纸基干度传感器多少远出有影响。同时，纸张的亲水性正在确定水仄上可能后退纸基干度传感器的干敏吸应，而纸基应变传感器可能启拆去停止气体战干度的影响。

第五，需供降降中界应力对于柔性纸基传感器功能的影响。纸张具备卓越的柔韧性，但柔性纸基气体、干度传感器的功能随意受到中界应力的影响。为此，可去世少耐机械应变影响的气、干敏质料后退纸基传感器的机械柔韧性（好比，有机散开物气、干敏质料）。此外，凭证纸张的可开叠性，设念耐应变影响的多少多挨算有看降降中界应力对于柔性纸基气、干敏传感器的影响。

第六，斥天多功能散成纸基传感用具备宽峻大意思。尽管纸张的小大里积、可裁剪战可挨印特色为正在单张纸上制备多功能散成传感器带去了利便，但多功能散成纸基传感器仍里临不开情景旗帜旗号宽慰的交织敏感问题下场。除了本文综述的纸基气体、干度战应变传感器中，纸基传感器正在葡萄糖、病毒、金属离子、温度、光等的检测圆里也患上到了很小大仄息。凭证操做处景的需供，将去可能斥天出散乐成用更歉厚的纸基传感器。此外，纸基传感器正在新的探测工具战散成的柔性纸基电路系统等圆里具备扩大性。

文献链接：Paper-Based Sensors for Gas, Humidity, and Strain Detections: A Review, ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 28, 31037–31053 (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c06435)

本文由Smith123供稿。

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