华中科技大学《AFM》:基于电位湿度传导机制的自供电氧化石墨烯湿度传感器

成果简介

非接触式湿度传感器已被广泛探索为物联网和人工智能的人机交互。然而，除了现有的传感机制，如电阻式、电容式和基于官能团梯度的器件外，很少有人关注开发具有新颖特性的新型传感机制，以满足小型化和集成化的要求。本文，华中科技大学刘逆霜副教授团队在《Advanced Functional Materials》期刊发表名为“Self-Powered Graphene Oxide Humidity Sensor Based on Potentiometric Humidity Transduction Mechanism”的论文，研究提出了一种新的电位湿度转换机制，该机制通过对氧化石墨烯（GO）固体电解质的湿度刺激来调节两个电极之间的测量电位差。

凭借这种机制，作者设计了高度可调的电位湿度传感器，该传感器具有还原氧化石墨烯/GO/泡沫金属（镍、锌、铁和铜）的夹层结构、良好的可扩展性和成本效益，可实现快速响应/恢复（0.8 s/2.4 s）、超高响应（0.77 V）、出色的稳定性（超过1500次循环）和优异的静态动态湿度刺激监测能力，弥补了传统湿度传感机制在小型化和成本效益方面的不足。此外，制备的传感器还具有自供电能力，无需额外的动力单元，并且具有超低功耗。这项自供电和非接触式湿度传感器的研究为未来便携式小型化智能设备的研发提供了新思路。

图文导读

图1、湿度传感器设计

图2、传感机制研究

图3、DFT计算

图4、rGO/GO/Ni fm传感器的传感性能

图5、非接触式应用

小结

综上所述，本文提出了一种新的湿度传感机制并设计了一种具有简单的rGO/GO/泡沫金属（镍、铁、锌和铜）夹层结构的传感器系统，该传感器具有湿度感应、高响应、快速响应/恢复和高稳定性行为。此外，作者从实验和理论上证明了电位湿度传导机制的可行性和优势。有趣的是，此类传感器的性能并不取决于特定的电极材料，而是与湿度传感层的两个电极之间的电位差有关，因此具有良好的可扩展性和通用性。

文献：https://doi.org/10.1002/adfm.202107330