清華新聞網(wǎng)3月11日電 氣流傳感器在航空航天、氣象預(yù)測(cè)、環(huán)境監(jiān)控、生物醫(yī)藥、電子皮膚、可穿戴設(shè)備及集成智能設(shè)備等領(lǐng)域有十分重要的應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的氣流傳感器響應(yīng)速率慢、靈敏度低、檢出限高、檢測(cè)范圍窄和回滯較大，嚴(yán)重限制了相關(guān)應(yīng)用。近日，化工系張如范副教授課題組在制備超靈敏碳納米管氣流傳感器方面取得重要進(jìn)展，首次提出了利用超長(zhǎng)碳納米管懸空網(wǎng)絡(luò)（SCNTN）制備超靈敏氣流傳感器的概念，制備出了結(jié)構(gòu)獨(dú)特的碳納米管氣流傳感器，展示出優(yōu)異的性能。
SCNTNs氣流傳感器的制備及其優(yōu)異性能
碳納米管直徑小，長(zhǎng)徑比大，柔性好，密度小，力學(xué)和電學(xué)性能優(yōu)異，是制備高性能氣流傳感器的理想材料。然而，由于碳納米管制備技術(shù)的限制，以往研究中多采用聚團(tuán)狀碳納米管宏觀(guān)體，或用碳納米管粉體與其他材料的體相復(fù)合材料做傳感部件。這些設(shè)計(jì)無(wú)法發(fā)揮碳納米管自身的結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)勢(shì)，使傳感性能大打折扣，靈敏度差、響應(yīng)速度慢、檢測(cè)范圍小，與傳統(tǒng)氣流傳感器相比體現(xiàn)不出優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，基于復(fù)合體相材料的氣流傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳感機(jī)理不明晰，難以為高性能氣流傳感器的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
張如范課題組充分發(fā)揮制備結(jié)構(gòu)完美的超長(zhǎng)碳納米管的特長(zhǎng)，提出了用超長(zhǎng)碳納米管懸空網(wǎng)絡(luò)制備超靈敏氣流傳感器的思路（圖a-d），并發(fā)展了一種簡(jiǎn)便制備超長(zhǎng)碳納米管懸空網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。以此懸空網(wǎng)絡(luò)作為傳感體，組裝電極和封裝，制得了原型器件。測(cè)試表明，其響應(yīng)時(shí)間非常短（0.021s），靈敏度高（0.0124ms-1），檢測(cè)閾值低（0.11ms-1），檢測(cè)范圍寬（0.11~5.51ms-1），綜合性能顯著優(yōu)于目前大多數(shù)報(bào)道，充分展示了超長(zhǎng)碳納米管的超輕超細(xì)懸空網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所具有的優(yōu)異力學(xué)和電學(xué)性能及極好的柔性帶來(lái)的性能革新（圖f-k）。
該成果以“基于懸空碳納米管網(wǎng)絡(luò)的超靈敏氣流傳感器”（Ultrasensitive Airflow Sensors Based on Suspended Carbon Nanotube Networks）為題發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。化工系2019級(jí)博士生姜沁源和2020級(jí)博士生李潤(rùn)為論文的共同第一作者，張如范副教授為論文的通訊作者。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202107062
供稿：化工系
編輯：李華山
審核：呂婷
