北理工課題組在硅基不同原子層厚度的石墨烯濕度傳感特性及應(yīng)用方面取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2024-10-24 供稿：前沿交叉科學(xué)研究院 攝影：前沿交叉科學(xué)研究院
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近日,，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院范緒閣教授課題組（微納機(jī)電傳感器與石墨烯課題組）與中北大學(xué)省部共建動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任張文棟教授等研究人員合作,，在硅基石墨烯濕度傳感器的研究中取得了重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Humidity Sensing Properties of Different Atomic Layers of Graphene on the SiO2/Si Substrate”為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》（IF：8.3）上,。該論文第一作者為北京理工大學(xué)碩士研究生高強(qiáng),，通訊作者為北京理工大學(xué)范緒閣教授、中國(guó)人民解放軍軍事科學(xué)院國(guó)防科技創(chuàng)新研究院王曉晶助理研究員及中北大學(xué)張文棟教授,。
課題組報(bào)道了硅基（SiO2/Si）不同原子層數(shù)的石墨烯的濕度傳感器（圖1）,，研究了不同原子層數(shù)（1-3個(gè)原子層）的石墨烯、不同敏感面積的石墨烯對(duì)制備的濕度傳感器響應(yīng)度,、響應(yīng)時(shí)間/恢復(fù)時(shí)間的影響,。如圖2 所示，發(fā)現(xiàn)所制備的石墨烯濕度傳感器的相對(duì)電阻變化隨著石墨烯原子層數(shù)的增加而降低,；基于三個(gè)原子層的石墨烯的濕度傳感器呈現(xiàn)出最快的響應(yīng)時(shí)間與恢復(fù)時(shí)間,；基于雙原子層的石墨烯的濕度傳感器呈現(xiàn)出最慢的響應(yīng)與恢復(fù)時(shí)間?？傮w比較,，基于雙原子層的石墨烯的濕度傳感器在響應(yīng)度與穩(wěn)定性方面呈現(xiàn)出相對(duì)較好的性能,，因此，所制備的基于雙層石墨烯的濕度傳感器被應(yīng)用于呼吸檢測(cè)與無接觸的手指檢測(cè)（圖3）,。這些研究結(jié)果有利于深入理解硅基石墨烯濕度傳感特性,，將促進(jìn)石墨烯在濕度傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用。
圖1 硅基不用原子層數(shù)的石墨烯濕度傳感器的制備流程示意圖及SEM圖
圖2 硅基不同原子層數(shù)的石墨烯濕度傳感器特性比較
圖3 所制備的石墨烯濕度傳感器在呼吸檢測(cè)與手指無接觸檢測(cè)方面的應(yīng)用驗(yàn)證
論文詳情：Qiang Gao, Hongliang Ma, Chang He,Xiaojing Wang, Jie Ding, Wendong Zhang, Xuge Fan, Humidity Sensing Properties of Different Atomic Layers of Graphene on the SiO2/Si Substrate, ACS Applied Materials & Interfaces, 2024, 16, 41, 55955–55963. DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.4c11194
論文鏈接： https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.4c11194
本研究受到北京市自然科學(xué)基金,、國(guó)家自然科學(xué)基金、XXX技術(shù)領(lǐng)域基金,、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目,、國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金（海外）、北京理工大學(xué)特立青年學(xué)者人才支持計(jì)劃啟動(dòng)項(xiàng)目,、北京理工大學(xué)科技創(chuàng)新計(jì)劃等項(xiàng)目的資助,。
在基于石墨烯及其衍生物的濕度傳感器研究方面，范緒閣教授與其合作者先前已經(jīng)做出了系列研究工作,，例如基于原子層厚度的石墨烯的硅基濕度/氣體傳感器,，基于石墨烯衍生物與MoS2復(fù)合納米薄膜的柔性濕度傳感器、基于石墨烯的濕度傳感器的最新研究進(jìn)展綜述等,。相關(guān)研究成果相繼發(fā)表在RSC Advances, 7, 22329-22339, 2017,；Carbon, 127, 576-587, 2018；ACS Applied Materials& Interfaces, 10 (48), 41738-41746, 2018,；Nanoscale, 2024, 16, 17804-17816,；IEEE Sensors Journal, 24, 13, 20289 – 20311, 2024; 具體發(fā)表鏈接如下：
https://doi.org/10.1039/C7RA02821K
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2017.11.038
https://doi.org/10.1021/acsami.8b10033
https://doi.org/10.1039/D4NR02207F
https://doi.org/10.1109/JSEN.2024.3398003
附作者簡(jiǎn)介：
高強(qiáng)，第一作者,，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院在讀碩士研究生,。
馬鴻梁，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院在讀博士研究生,。
何昶,，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院在讀博士研究生。
王曉晶,，共同通訊作者,，中國(guó)人民解放軍軍事科學(xué)院國(guó)防科技創(chuàng)新研究院王曉晶助理研究員，研究方向?yàn)槲⒓{加工與傳感,、應(yīng)用于極端環(huán)境的敏感材料,。
丁潔，北京理工大學(xué)集成電路與電子學(xué)院副教授,，研究方向?yàn)樾滦桶雽?dǎo)體器件的建模與仿真,、傳感器器件的建模仿真與機(jī)理。
張文棟,，共同通訊作者,，中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院教授,，國(guó)家杰出青年基金獲得者，中北大學(xué)省部共建動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任,，獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)3項(xiàng)（排名第一2項(xiàng),，第二1項(xiàng)）、國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng),，何梁何利基金“科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)”,，研究方向?yàn)閯?dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)與智能儀器、微型機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）等,。
范緒閣,，共同通訊作者，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院教授,，研究方向?yàn)镸EMS,、NEMS、微納傳感器,、石墨烯等敏感薄膜,。
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