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利用還原氧化石墨烯可控生長MoS₂@rGO形成柔性傳感器

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柔性傳感器及可穿戴式設(shè)備已成為了近期的研究熱點，生物電信號、溫度、及汗液傳感器已被廣泛研究。而與柔性可穿戴氣體傳感器相關(guān)的研究還較少，主要的阻礙包含氣敏材料對工作溫度的要求，氣體響應(yīng)信號與應(yīng)變產(chǎn)生噪音的剝離，以及對氣體檢測的快速響應(yīng)與恢復(fù)。

針對這些問題，可通過在還原氧化石墨烯上可控生長二硫化鉬（MoS₂@rGO）形成敏感材料，利用蛇形導(dǎo)線和應(yīng)變隔離的設(shè)計，成功制作了可拉伸的二氧化氮氣體傳感器。同時利用具有3D多孔結(jié)構(gòu)的激光誘導(dǎo)石墨烯作為電極與加熱裝置，將MoS₂@rGO復(fù)合材料涂抹其上，制備了具有自加熱性能的可拉伸二氧化氮氣體傳感器，大大簡化了可穿戴氣體傳感器的制作工藝和增強(qiáng)了實用性。在該項工作中需詳細(xì)比較分析這兩種可拉伸氣體傳感器的傳感性能如靈敏度、檢測限、響應(yīng)/恢復(fù)速率等，探究敏感材料和測量電極的構(gòu)造對提升傳感信噪比，提升檢測極限的規(guī)律。

MoS₂@rGO復(fù)合納米材料的制備應(yīng)用了溶劑熱法，在二維片層的rGO上原位生長MoS₂納米粒子，并在反應(yīng)溶劑無水乙醇的體系中添加不同尺寸的氯化鈉晶體顆粒，可以實現(xiàn)對所形成MoS₂@rGO復(fù)合納米材料的形貌控制。因為氯化鈉晶體不溶于乙醇，卻能溶于水，隨著添加氯化鈉晶體的尺寸逐漸變小，MoS₂@rGO復(fù)合材料的尺寸也隨著溶劑中氯化鈉晶體顆粒間的空間變小而變小，最終制備得到的MoS₂@rGO復(fù)合物比表面積相應(yīng)提高。通過球磨法調(diào)控氯化鈉晶體尺寸，從而實現(xiàn)對MoS₂@rGO復(fù)合納米材料的可控制備。

將該氣敏材料滴在叉指電極上，氣體傳感器的信號噪音比隨著MoS₂@rGO復(fù)合材料的尺寸變小而從22.4提高到60.4，原因歸功于更為精細(xì)的納米材料與電極可以形成更好的接觸。

將MoS₂@rGO復(fù)合納米材料滴在利用紫外激光切割而成的聚酰亞胺/金叉指電極，將電極整合在柔軟的Ecoflex基底上并將電極通過蛇形蜿蜒的導(dǎo)電層連接至萬用表，從而制備了柔性可拉伸氣體傳感器。該柔性傳感器可以適應(yīng)各種彎曲表面，并能承受20%的拉伸應(yīng)變, 同時在拉伸的狀態(tài)下能獲得更低的檢測限（5.6 ppb）。

為簡化氣體傳感器的結(jié)構(gòu)，可使用激光誘導(dǎo)石墨烯同時作為電極材料和加熱器，制備了基于MoS₂@rGO復(fù)合納米材料的NO₂傳感器。激光誘導(dǎo)石墨烯可以較為方便的通過CO₂激光燒蝕商用聚酰亞胺薄膜制備，隨后選擇性的在激光誘導(dǎo)石墨烯局部滴加納米銀墨水和MoS₂@rGO復(fù)合納米材料完成柔性氣體傳感器的制備。通過控制激光誘導(dǎo)石墨烯的幾何尺寸來調(diào)控傳感器的性能，當(dāng)其長度為2 mm，寬度為75μm時，所制備的氣體傳感器能夠在外接測量電路提供電壓時自加熱到60 ℃，顯著加快氣體傳感器的響應(yīng)和恢復(fù)速度，并且維持極為出色的信號噪音比（1026.9）。