- 标题
- 摘要
- 关键词
- 实验方案
- 产品
-
基于氧化石墨烯的双QCM湿度传感器在低温下湿度测量误差的降低与补偿
摘要： 在不同环境中测量相对湿度时，温度依赖性（尤其在低温条件下）是主要难点之一。本研究报道了采用基于石英晶体微天平（QCM）的双传感器系统来降低和补偿湿度测量的温度效应。通过在石英晶体表面涂覆氧化石墨烯薄膜作为感湿层，利用共振频率变化检测水分吸附量。测试腔室内的双QCM湿度传感器工作温度范围为20°C至-60°C，其相对湿度由湿度发生器精确控制。研究发现：当温度降低时，由于石英晶体的温度依赖性共振特性，单QCM湿度传感器测得的湿度值显著高于发生器设定的参考相对湿度值。为消除QCM传感器的温度依赖性振荡，我们采用双QCM湿度传感器共振频率比值进行补偿，从而显著降低了低温条件下的湿度测量温度误差。通过经验公式对双QCM湿度传感器残余误差进行补偿后，在20°C至-60°C全温区范围内，其剩余误差小于1.1%rh。本研究为拓展QCM基湿度传感器在低温环境中的应用提供了重要依据。
关键词： 补偿、氧化石墨烯、低温、石英晶体微天平、湿度测量、湿度传感器
更新于2025-09-23 15:23:52
-
基于喷墨打印技术的高响应性PEG/金纳米粒子薄膜湿度传感器
摘要： 本研究通过印刷接枝吸湿性聚合物的金纳米粒子（GNP），开发出一种高响应性湿度传感器。这些金纳米粒子采用喷墨打印技术，在叉指电极上形成厚度可控的均匀薄膜（通过调节打印参数实现）。当暴露于水蒸气时，打印的GNP薄膜电阻显著下降，且与相对湿度（RH）呈半对数关系。该传感器可检测1.8%至95%的湿度变化，电阻变化高达4个数量级，无迟滞效应且温度依赖性小。此外，由于薄膜厚度薄，传感器能快速达到吸附平衡，响应和恢复时间分别≤1.2秒和≤3秒。对湿度变化的快速响应还使GNP薄膜传感器能区分频率高达2.5Hz的间歇加湿/除湿循环信号。印刷在柔性基底上的传感器对弯曲变形不敏感，可嵌入口罩用于人体呼吸检测。总之，本研究证明了印刷技术制备薄膜湿度传感器的可行性，所开发方法还可进一步应用于多种基于纳米粒子的传感器器件制造。
关键词： 喷墨打印、呼吸监测、湿度传感器、金纳米粒子、聚乙二醇
更新于2025-09-23 15:23:52
-
基于侧抛对称双芯光纤迈克尔逊干涉仪的全光氧化石墨烯湿度传感器
摘要： 已展示了一种基于侧抛双芯光纤（SPTCF）迈克尔逊干涉仪（MI）的高灵敏度氧化石墨烯（GO）湿度传感器。该干涉仪通过将一段双芯光纤与标准单模光纤（SMF）熔接并锥化熔接点制成。抛光的裸露纤芯具有更强的倏逝场，增强了光与外部环境的相互作用。GO-SPTCFMI可在波长调制和强度调制两种模式下工作。实验测得其在40-75%相对湿度范围内具有~2.72 nm/RH%的超高空湿灵敏度，在60-62.1%相对湿度范围内达到~3.76 dB/RH%的灵敏度。这种高性能GO-SPTCFMI有望应用于气体传感和生化检测等领域。
关键词： 侧抛光纤、氧化石墨烯、湿度传感器、双芯光纤、干涉仪。
更新于2025-09-23 15:23:52
-
不同无机物对聚酰亚胺基布拉格光栅湿度传感器的影响
摘要： 已通过实验研究了活性炭和氯化锂对聚酰亚胺基光纤布拉格光栅相对湿度传感器的影响。通过浸涂工艺，在光纤布拉格光栅上沉积有机-无机杂化涂层以形成不同的相对湿度传感器。实验结果表明，单独添加活性炭或氯化锂可使湿度灵敏度分别提高1.67倍和1.61倍，但同时含有氯化锂和活性炭的结构灵敏度提升最大（3.9倍）。在14天稳定性测试中，纯聚酰亚胺传感器的波动为±6.5%，而活性炭传感器、氯化锂传感器及活性炭与氯化锂复合传感器的波动分别为±3%、±8%和±1.6%。
关键词： 氯化锂、光纤布拉格光栅、活性炭、聚酰亚胺、湿度传感器
更新于2025-09-23 15:22:29
-
金属有机框架衍生中空球状TiO2包覆QCM传感器的湿度传感特性
摘要： 本文展示了三种分别采用金属有机框架（MOF）衍生法、水热法和溶剂热法合成的TiO?纳米结构（中空球、纳米球和纳米花）包覆的石英晶体微天平（QCM）湿度传感器。通过X射线衍射（XRD）、比表面积分析（BET）、扫描电子显微镜（SEM）和水接触角测量等方法，对这三种TiO?纳米结构的组成和形貌特征进行了表征。研究发现，表面结构对QCM传感器的湿度响应性能起着关键作用。在室温下进行的湿度传感实验表明，MOF衍生的中空球状TiO?包覆QCM传感器在宽相对湿度范围（0%-97%RH）内展现出优异的湿度传感特性，如高灵敏度（33.8 Hz/%RH）、良好的重复性以及短动态响应/恢复时间（5秒/2秒）。此外，还建立了Langmuir吸附模型来解释基于TiO?的QCM传感器的湿度传感性能。本工作证明MOF衍生的中空球TiO?是制备湿度传感器的潜在候选纳米材料。
关键词： 湿度传感器，朗缪尔吸附模型，石英晶体微天平，中空球状二氧化钛
更新于2025-09-23 15:22:29
-
基于剥离二硫化钼的薄膜湿度传感器的尺寸效应
摘要： 层状二维纳米材料（如二硫化钼）因其大部分原子位于表面这一独特性质，在传感器应用方面展现出巨大潜力。但剥离态二硫化钼的大规模生产难题阻碍了其实际应用。本研究采用超声辅助液相法高效剥离二硫化钼形成纳米片与纳米颗粒，探究了超声剂量（如超声时间）对最终产物形貌及产率的影响规律。将剥离所得二硫化钼纳米材料制成薄膜传感器并进行湿度气体测试，该传感器对湿度气体表现出优异的快速响应特性。研究发现经更长超声处理的传感器具有更高响应度，这是因为更长的超声辐照暴露出更多活性边缘位点。
关键词： 剥离、湿度传感器、二硫化钼、尺寸效应、薄膜
更新于2025-09-23 15:22:29
-
超声辅助湿化学法制备ZnO及ZnO-ZrO2复合纳米颗粒的合成、表征与湿度传感性能研究
摘要： 在本研究中，采用超声辅助湿化学法合成了氧化锌（ZnO）和ZnO-ZrO2复合纳米颗粒，以探究其结构、光学及湿度传感性能。通过X射线衍射（XRD）、紫外-可见吸收光谱、扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）等技术对合成纳米颗粒进行表征。XRD和EDS分别用于确认物相形成及纯度。SEM图像显示，随着ZrO2浓度变化，母体化合物ZnO的形貌发生显著改变。光学吸收光谱表明，复合材料的ZnO光学吸收随ZrO2含量增加而降低。测得的ZnO及ZnO-ZrO2复合材料带隙值均高于块体样品。所有样品的湿度传感性能均得到验证，并详细讨论了ZnO-ZrO2复合材料中ZrO2浓度对灵敏度、响应时间及恢复时间的影响。
关键词： 氧化锌，复合纳米粒子，二氧化锆，超声波，湿度传感器
更新于2025-09-23 15:22:29
-
尺寸对单腔和双腔光学微瓶谐振器湿度传感器的影响
摘要： 本文介绍了一项关于回音壁模式（WGMs）对微瓶谐振器（MBR）的影响及其在湿度传感中应用的实验研究。当MBR直径（Db）从130μm变化至190μm时，观测到不同的传输模式光谱。所有情况下单MBR与双MBR的品质因数Q值均>10^4。MBR的尺寸和数量会影响Q值——单MBR中最小尺寸Db=130μm、双MBR中Pair-4组合（两个最大尺寸Db=190μm的MBR组合）呈现最高Q值。单/双MBR应用于湿度传感时表现出各异性能：直径130μm的MBR凭借最高灵敏度、>90%的线性度及>10^-13的P值，在所有案例中成为最佳湿度传感器。单/双MBR在60秒内均保持稳定。总体而言，MBR尺寸对湿度传感的重要性显著高于数量，事实上双MBR作为湿度传感器的实际表现逊于单MBR。
关键词： Q因子、灵敏度、湿度传感器、回音壁模式、微瓶谐振器
更新于2025-09-23 15:21:21
-
用于实时湿度检测的裸二氧化硅蛋白石
摘要： 由St?ber二氧化硅球体构成的三维胶体晶体的光子特性显著依赖于环境相对湿度。亲水性二氧化硅形成的裸人工蛋白石的光子带隙在潮湿空气中会随整个水蒸气浓度范围发生明显变化，且无需功能化渗透处理。其光学响应对湿度变化（尤其在低湿度区间）极为敏感，响应时间极快（仅60毫秒），这主要归因于不存在中间过程、理想的带隙特性（高强度与陡峭边缘）以及开放蛋白石孔隙的高空气接触性。与常见光子晶体传感器通过大幅光谱偏移实现视觉检测但存在重要缺陷的方法不同，研究表明：即使偏移幅度适中，裸二氧化硅蛋白石明确的带隙结构配合简易设备监测（无需光谱检测）仍能实现卓越的传感性能。由此产生的快速可重复光子响应，可精确实时获取环境湿度数据。这种经济的一步制备法与高效性能，使二氧化硅人工蛋白石成为新型精密、低成本实时湿度传感器的理想材料。
关键词： 水蒸气吸附/解吸、实时传感、湿度传感器、人造二氧化硅蛋白石、光子胶体晶体
更新于2025-09-23 15:21:01
-
硅作为石墨烯衍生物中普遍存在的污染物，对器件性能具有显著影响
摘要： 天然石墨中普遍存在硅基杂质。然而这些杂质作为剥离石墨烯中的污染物及其对器件的影响一直被忽视。本研究通过原子级分辨率显微镜揭示了多种溶液法制备石墨烯上存在的硅基污染。我们发现这些杂质具有极强的顽固性，因此采用高纯度石墨作为前驱体是制备无硅石墨烯的唯一途径。这些杂质会阻碍石墨烯在表面积至关重要的应用中的有效利用。当使用无污染石墨烯制备超级电容器微电极时，可获得最接近理论预测值的石墨烯电容值。我们还展示了一种由纯氧化石墨烯制成的多功能湿度传感器，其灵敏度和检测限均达到有史以来最高水平。这些发现为实现商业化可行且高性能的石墨烯器件奠定了重要里程碑。
关键词： 器件性能、超级电容器、石墨烯、湿度传感器、硅污染
更新于2025-09-23 15:21:01