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激光直接写入ga2o3/液态金属柔性湿度传感器
来源:互联网 发表于 2023/5/26

柔性电容式湿度传感器的设计和制造。(a) 柔性ga的制造工艺2o3/lm湿度传感器,包括超声波,喷涂涂层和激光烧结。(b) 激光烧结形成gwlm薄膜的机理示意图和ga的传感机理示意图2o3/基于 lm 的湿度传感器。学分:光电进展(2023 年)。doi:10.29026/oea.2023.220172


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类保健检测、工厂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的发展。电容式湿度传感器因其可靠的湿度传感性能、低功耗和简便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,它们通常具有大的暴露表面积和丰富的活性位点,与水分子相互作用。加语2o3作为一种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。


获得ga的传统制造技术2o3基于湿度传感器主要涉及化学气相沉积、热处理和水热方法。然而,这些方法通常需要高退火温度,复杂的制造程序以及各种材料系统,阻碍了其实际应用。


柔性湿度传感器的表征。具有激光烧结和(a,e)的gwlm(a-d)的sem图像。(f) ga、in和o分布的edx图像。(g) pi薄膜上未烧结的gwlm颗粒的直径尺寸分布直方图。(h) 不同激光通量下激光感应导电gwlm路径的电阻率。(i) 激光通量为9.4 j/cm2时烧结lm路径的最小分辨率。(j)-(l) ga原理图2o3基于/lm的湿度传感器,具有各种制造参数(即电极的宽度和长度,紫外激光通量)(顶部)。ga的循环测量2o3基于 /lm 的湿度传感器,通过周期性地将湿度从 30% rh 更改为 95% rh(底部)。学分:光电进展(2023 年)。doi: 10.29026/oea.2023.220172


数字激光直接书写是一种快速且环保的制造方法,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-物质相互作用,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电极的激光直接写入,然后在电极顶部沉积湿敏纳米材料,例如碳或金属硫化物基材料。但是,这会导致多个复杂的过程。因此,仍然需要一种简单明了的方法来开发基于薄膜的湿度传感器。

(a) 佩戴在对象脸上的商用口罩上的湿度传感器的照片。(b) 在休息状态下通过口腔对受试者进行人体呼吸测试。(c) 传感器的响应和恢复时间。(d)-(f) 实时监测处于静止状态的受试者的鼻子呼吸频率。实时监测棕榈水分,同时(g)饮用热水和(h)运动。学分:光电进展(2023 年)。doi: 10.29026/oea.2023.220172


在这项发表在《光电进展》上的新作品中,一种可穿戴电容式ga。2o3/基于液态金属的湿度传感器通过一步激光直接写入技术进行演示。由于激光的光热效应,gaa2o3-包裹的液态金属纳米颗粒可以选择性烧结并从绝缘迹线转换为导电迹线,电阻率为0.19 ω cm,而未处理的区域则作为响应水分变化的主动传感层。


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。利用这些优越的性能,gaa2o3/液态金属湿度传感器能够监测人体呼吸频率,以及不同生理状态下手掌皮肤水分,用于保健监测。


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