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光电学院本科生在TOP期刊Sensors and Actuators B: Chemical发表研究成果
文:祖勇智、胡景瑞、杨敏 来源:光电学院 时间:2024-01-22 13057

  近日,我校光电科学与工程学院蒋亚东教授团队段再华老师指导的本科生在Sensors and Actuators B: Chemical期刊上发表了题为“Electrochemical power generation humidity sensor based on WS2 nanoflakes with fast response and recovery speeds”的研究成果,2021级本科生祖勇智、胡景瑞、杨敏以及段再华老师为共同第一作者,段再华博士、袁震副教授、太惠玲教授为共同通讯作者,电子科技大学光电学院为唯一署名单位。

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  Sensors and Actuators B: Chemical是一本跨学科期刊,主要报道化学、生物传感器与分析微系统领域的创新研究成果,属于中科院一区TOP期刊,在63本仪器仪表学科期刊中排名第一(Web of Science学科分区)。

  湿度作为一项重要的环境和人体生理参数,对其检测具有重要意义。近年来,随着自供电传感系统的发展,发电型湿度传感器因其潜在的自供电优点得到了广泛关注。目前报道的发电湿度传感器主要包括摩擦电/压电、离子扩散和电化学三种类型。其中,基于摩擦电/压电纳米发电机的发电型湿度传感器需要外部机械能驱动,应用场景受限;而以离子扩散为原理的发电型湿度传感器虽然可以通过吸附水分子自发地产生电压、不需要外部机械能驱动,但存在着湿敏响应范围窄、响应速度慢等不足。相比之下,基于原电池原理的感湿/发电一体化电化学湿度传感器耦合了湿度传感器的湿敏以及电池的发电特性,不仅能自发地输出湿敏电压、实现自身“零”功耗,还具有电池的高输出功率潜力和良好的湿敏特性,是当下发电型湿度传感器领域的前沿研究热点。

  为了提升离子导电率,目前报道的电池结构电化学发电湿度传感器主要采取的策略是在湿敏材料中加入含锂离子、钠离子的电解质材料,这不仅增加了传感器的制备成本和工艺,而且也不利于传感器的响应/恢复速度。二维过渡金属硫化物具有大比表面积、不饱和键等特点,促使其具有良好的水分子吸附特性,因而展现出良好的湿敏特性(图1);另外受水系质子电池启发,本工作提出了一种仅以二硫化钨(WS2)纳米片为湿敏材料、无碱金属离子的感湿/发电一体化电化学湿度传感器,通过构建质子传导模式,实现了宽湿敏检测范围和快速响应/恢复速度(图2),并验证了其在呼吸频次检测方面的潜在应用。

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图1二硫化钨纳米片形貌表征

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图2 传感器的湿敏特性

  祖勇智,2021级信息工程专业本科生,光电学院菁英班、黄昆班、立人班成员,担任班级团支书、2023级6班导生,曾任光电学院团委办公室主任。2022年底,祖勇智携胡景瑞、杨敏两位同学申报了段再华老师发布的大创项目“发电型湿度传感器制备及应用研究”,在段老师的指导下,以中期和结题均为优秀成绩完成了该大创项目,研究成果申请发明专利1项、在Sensors and Actuators B: Chemical发表论文1篇。

  段再华博士,硕士生导师,主要从事敏感材料与传感器(气/湿/力/光电)研究,主持国家自然科学基金青年基金1项、四川省青年基金1项、医工交叉1项,参研自然基金重点等项目5项。以一作/通讯在Sens. Actuators B、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy等一区TOP期刊发表论文26篇,个人谷歌学术总引用4300余次、H指数39;曾获博士研究生国家奖学金(2次)、成电杰出学生等奖励与荣誉10余次;获2022年度中国电子学会优秀博士学位论文。

  太惠玲教授,博士生导师,主要从事敏感薄膜与传感器教学和科研工作。主持完成国家重大专项子课题、自然基金、863等项目20余项;获省部级科技奖励8项(其中一等奖3项);发表SCI论文130余篇,谷歌学术H指数63,被引10000余次;获国家杰出青年基金、优秀青年基金,入选教育部新世纪优秀人才、四川省杰出青年科技人才和十佳四川省五一巾帼标兵。

  论文链接:https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.135325

编辑:李果  / 审核:李果  / 发布:陈伟

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