【摘 要】
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湿度传感器在工业、农业、医学和航空航天等诸多领域发挥着至关重要的作用。通常,理想的湿度传感器必须满足高灵敏度、快速响应、宽湿度检测范围且寿命长等要求。为了实现这一目标,人们致力于研究湿度敏感材料。近年来,高比表面积的二维材料以其优异的感湿能力获得了研究者的青睐,但依旧存在响应速度慢等问题。二维α-In2Se3是一种新兴的半导体材料,具有高比表面积,其表层的Se原子与水分子之间存在电荷转移,而且具有
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湿度传感器在工业、农业、医学和航空航天等诸多领域发挥着至关重要的作用。通常,理想的湿度传感器必须满足高灵敏度、快速响应、宽湿度检测范围且寿命长等要求。为了实现这一目标,人们致力于研究湿度敏感材料。近年来,高比表面积的二维材料以其优异的感湿能力获得了研究者的青睐,但依旧存在响应速度慢等问题。二维α-In2Se3是一种新兴的半导体材料,具有高比表面积,其表层的Se原子与水分子之间存在电荷转移,而且具有独特的极化性质。因此,本文选取了单片大尺寸的二维α-In2Se3纳米片作为湿度敏感材料,制备了基于单片α-In2Se3纳米片的湿度传感器,并研究了其湿敏特性。之后,选用亲水性的Li Cl材料与α-In2Se3纳米片进行了复合,构建基于Li Cl复合α-In2Se3纳米片的湿度传感器以优化器件性能。本文具体的研究内容及结果如下:(1)二维α-In2Se3纳米片的制备及表征。首先,采用机械剥离法在硅衬底和PET柔性衬底上制备了二维α-In2Se3纳米片。之后,利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱仪以及能谱仪对α-In2Se3纳米片进行了形貌、结构和成分表征。结果表明成功制备出大面积、高质量的α-In2Se3纳米片。硅衬底上的α-In2Se3纳米片厚度分别约为200 nm、100 nm,PET柔性衬底上的α-In2Se3纳米片厚度为200 nm.(2)基于单片α-In2Se3纳米片的湿度传感器的制备及性能测试。利用获得的α-In2Se3纳米片制备了湿度传感器,并采用阻抗分析仪测试了器件的湿度响应性能。研究发现,三种基于二维α-In2Se3纳米片的湿度传感器响应恢复时间较短且重复性好。厚度分别约为200 nm、100 nm的α-In2Se3纳米片硅基湿度传感器的阻抗值均未发生数量级变化,表明水分子与α-In2Se3纳米片的相互作用仅发生在材料的表面。而厚度约为200 nm的α-In2Se3纳米片柔性湿度传感器比同厚度的硅基湿度传感器的灵敏度高25倍,这主要归因于α-In2Se3纳米片与PET柔性衬底紧密的结合,使传感器的活化能变低,提高了器件对周围环境的敏感度。(3)基于Li Cl复合α-In2Se3纳米片的湿度传感器的制备及性能测试。分别在硅衬底和PET柔性衬底上制备了基于Li Cl复合α-In2Se3纳米片的湿度传感器,研究了Li Cl对α-In2Se3纳米片湿敏特性的影响。研究结果表明,利用饱和Li Cl溶液复合后的湿度传感器的灵敏度有大幅度的提升,复合后的硅基与柔性湿度传感器最大灵敏度分别达到1.10×10~4%、2.79×10~5%。
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