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激光直写Ga2O3/液态金属基柔性湿度传感器

2023-05-12 11:52:49  来源:激光网原创    

  最近对新兴柔性湿度传感器的研究在先进制造方法以及包括人体健康检测、植物健康管理和非接触式人机界面在内的创新应用方面取得了长足发展。电容式湿度传感器由于可靠的湿度传感性能、低功耗和简单的结构设计而受到广泛关注。通常,电容式湿度传感器的性能与传感电极之间功能材料的介电常数密切相关。

  到目前为止,已经研究了各种活性材料作为柔性电容式湿度传感器,例如碳材料、金属氧化物、金属硫化物和聚合物。同样,它们通常具有较大的暴露表面积和丰富的活性位点以与水分子相互作用。Ga 2 O 3作为具有高暴露亲水基团的潜在金属氧化物,已被用作电容式湿度传感器的活性材料。

  Ga 2 O 3基湿度传感器的传统制备技术主要包括化学气相沉积法、热处理法和水热法。然而,这些方法通常需要较高的退火温度、复杂的制造过程以及多种材料体系,阻碍了它们的实际应用。

  数字激光直写是一种快速、环保的制造方法,用于生成功能性微/纳米结构或直接创建高精度的敏感纳米材料。基于激光与物质的相互作用,通过明智地选择合适的激光加工参数,已经展示了各种创新的柔性传感器,例如物理、化学和生理传感器。

  典型的策略通常依赖于激光直接写入电极,然后在电极顶部沉积对水分敏感的纳米材料,例如碳或金属硫化物基材料。然而,这会导致多个复杂的过程。因此,仍然需要一种简便易行的方法来开发基于薄膜的湿度传感器。

  在这项发表在Opto-Electronic Advances上的新作品中,通过单步激光直写技术展示了一种可穿戴电容式 Ga 2 O 3 /液态金属湿度传感器。由于激光的光热效应,Ga 2 O 3包裹的液态金属纳米粒子可以选择性地烧结并从绝缘线转变为导电线,电阻率为 0.19 Ω·cm,而未处理的区域用作有源传感层以响应水分变化。

  在 95%的相对湿度下,湿度传感器显示出高度稳定的性能以及快速的响应和恢复时间。利用这些优越的特性,Ga 2 O 3 /液态金属基湿度传感器能够监测人体呼吸率,以及不同生理状态下手掌的皮肤水分,用于医疗保健监测。

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