近日，山東大學(xué)物理與光電工程學(xué)院尹廣超教授研究團隊在柔性氣敏傳感器領(lǐng)域取得重要進展，開發(fā)了一種基于加捻輔助自修復(fù)的新型柔性傳感器，實現(xiàn)了室溫下對NO?的超靈敏、快速、高選擇性檢測，同時有效提升了器件的機械穩(wěn)定性與自修復(fù)能力，拓展了在可穿戴傳感中的應(yīng)用潛力。
目前，傳統(tǒng)的金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）傳感器通常需200-400℃高溫工作，存在功耗高、裝置復(fù)雜、安全隱患等問題，無法滿足便攜式、可穿戴應(yīng)用需求；現(xiàn)有室溫傳感器則面臨靈敏度不足、恢復(fù)緩慢、選擇性差的瓶頸。而柔性傳感器集成活性材料時，存在界面附著力差、機械形變導(dǎo)致信號漂移或分層等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，其自修復(fù)功能尚未深入開發(fā)，制約了器件耐用性與可靠性。
山東大學(xué)研究團隊選用聚氨酯（PU）非織物作為柔性基底，以還原氧化石墨烯（rGO）作為導(dǎo)電介質(zhì)，金/鈀納米顆粒（Au/PdNPs）復(fù)合聚噻吩（PEDOT）材料作為傳感層，采用“分步構(gòu)建-原位組裝”策略，成功制備了具有層級導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的Au/Pd&PEDOT@rGO@PU柔性傳感器。
該傳感器在室溫下對NO?展現(xiàn)出卓越的傳感性能：檢測范圍為0.1-800?ppm；在1?ppm濃度下靈敏度約為27%，響應(yīng)和恢復(fù)時間分別僅為7s和38s，有效解決傳統(tǒng)室溫傳感器“響應(yīng)恢復(fù)慢”的痛點問題；最低檢測限達2?ppb，遠(yuǎn)低于美國EPA（53 ppb）、ACGIH（200 ppb）規(guī)定的暴露閾值；選擇性優(yōu)異，對10 ppm干擾氣體（H?S、CH?、NH?、SO?及VOCs如乙醇、甲醛等）的響應(yīng)可忽略，在含200 ppb NO?+1 ppm干擾氣的混合氣體中仍保持對NO?信號的穩(wěn)定檢測。
結(jié)合理論模擬分析，研究人員揭示了“雙金屬催化-電荷傳輸-界面耦合”的協(xié)同傳感機制：Pd NPs催化NO?解離為活性自由基，Au NPs加速電子溢出傳輸，rGO與PEDOT的π-π作用及氫鍵增強電荷離域，同時Au/Pd與PEDOT形成的Schottky結(jié)促進了界面電子轉(zhuǎn)移，為柔性氣體傳感器性能優(yōu)化提供清晰的理論框架。
該研究成果以“Polyurethane Nonwovens Integrated with Nanocomposite as Twist-Assisted Healing Flexible Sensor for Ultrasensitive Room-Temperature NO?Detection”為題，發(fā)表于國際頂級期刊《Advanced Materials》。山東大學(xué)物光學(xué)院杜玲玲博士和研究生王新越為共同第一作者，尹廣超與鄭州大學(xué)盧思宇教授為共同通訊作者，山東大學(xué)物光學(xué)院為第一通訊單位。
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