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  • Nano Energy刊發張冬至課題組基于柔性壓電納米發電機的自驅動氨氣傳感器研究成果

    發布時間:2019-09-06作者:瀏覽次數:10

    近日,我院張冬至課題組的科研成果《基于單層二硫化鉬壓電納米發電機驅動的柔性自供電高性能氨氣傳感器》(Flexible Self-Powered High-Performance Ammonia Sensor Based on Au-Decorated MoSe2 Nanoflowers Driven by Single Layer MoS2-Flake Piezoelectric Nanogenerator)在國際權威期刊Nano Energy (影響因子15.548)刊發。張冬至為該論文第一/通訊作者,我校薛慶忠教授、清華大學李鵬副教授為共同通訊作者。中國石油大學(華東)為第一署名單位,該研究得到國家自然科學基金、山東省重點研發計劃項目資助。

    快速檢測氨氣濃度對環境檢測、民生健康和疾病診斷具有非常重要的意義。當前,氣敏傳感器普遍存在材料制備復雜、需外加電源及工作溫度高等問題,限制了其在物聯網中的應用。氣敏微型化檢測設備的功耗與靈敏度之間的矛盾愈加突出,目前大量研究工作聚焦于尋求功耗與靈敏度之間的平衡?;诩{米發電機的自驅動主動式傳感技術的提出為解決這一矛盾提供了新方案。納米發電機作為一項新能源技術,能夠從環境和人體中收集機械能并將之轉化為電能,在能量采集、自驅動傳感器等諸多領域展現出廣闊的應用前景。因此,開發具有高檢測靈敏度并且不需要外部電源的新型室溫自驅動氣敏傳感器,在發展面向物聯網的自驅動氣敏傳感網絡中具有重要的應用價值。

    基于上述問題,該研究團隊充分利用單原子層二硫化鉬(MoS2)納米片的壓電效應實現了壓電電子學的供能和傳感,將環境中的機械能轉化為電能,自驅動基于絲網印刷技術構建的金修飾二硒化鉬(Au/MoSe2)薄膜型氨氣傳感器高效工作,避免了氣體傳感器對電池電源的依賴,從而解決功耗和靈敏度的矛盾,實現無功耗高靈敏度的自驅動傳感。該研究采用氣相化學沉積、光刻與刻蝕、濺射及圖形化等MEMS工藝構造聚二甲基硅氧烷(PDMS)封裝單層MoS2壓電納米發電機,在人體運動或機械應力/應變作用下產生的極化電荷可以驅動電子在外電路中流動,進而驅動微納氨氣傳感器的主動式傳感與檢測。相比傳統的氨氣傳感器,該研究中提出的基于Au-MoSe2敏感材料柔性氨氣傳感器對氨氣的靈敏度更高(29 kΩ/ppm),并且響應/恢復速度更快(小于18 s),同時具有很好的選擇性與穩定性,可以滿足在環境檢測和健康監測領域對氨氣實時檢測的需求。該技術在主動式柔性傳感、自驅動系統、人造電子皮膚、可穿戴設備等方面具有廣闊的應用前景。

    審稿人對該成果給予高度評價,認為該研究構建單原子層二硫化鉬壓電納米發電機并應用于微納氣敏器件供能,為將來無源器件發展提供了新的思路,對自驅動氣體傳感器領域研究具有重要的意義。

    Nano Energy是由納米能源領域知名學者王中林院士擔任主編,是國際納米能源領域的頂級期刊,最新影響因子為15.548。 全文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.103974

    【作者:周蘭娟 編輯:王力禾】

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