摘要
湿度作为一个重要的环境参数，在农业仓储、环境监测、工业制造等多个领域需要被严格监测，人们对湿度传感器的灵敏度、滞后性、响应时间、长期稳定性、湿度量程等性能指标提出了更高的要求。在各类湿度传感材料中，二维过渡金属碳化物/氮化物（MXene）由于其独特的物理和化学性质得到许多学者的关注研究，但MXene在潮湿的空气或水中表现出的低稳定性及不够迅速的响应恢复时间，仍然限制了其在湿度传感器中的广泛应用。本课题通过不同的掺杂改性方法对MXene材料进行掺杂或表面修饰，以提高其湿度传感性能，主要内容如下： （1）通过不同制备方法调控Ti3C2Tx MXene的形貌与结构，经对比实验后选择采用最小强度分层法制备MXene材料，使用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察到MXene典型层状结构的形成与更少缺陷的表面形貌，红外吸收光谱结果证实表面有大量亲水性功能基团，适合作为敏感材料用于湿度传感器。进一步用印制加成的方法制备了高质量柔性叉指电极，将制备的Ti3C2Tx MXene作为敏感材料滴涂在叉指电极上组装为湿度传感器，响应/恢复时间分别为11.53s和12.36s，并结合电化学阻抗谱解释了Ti3C2Tx MXene传感器的响应机制。 （2）合成一种具有增强抗氧化性和湿度传感特性的抗坏血酸钠复合MXene（SodiumAscorbate-decorated MXene，SA-MXene）材料并配置成适合丝网印刷的功能油墨，该抗氧化油墨能在30天的储存中保持高稳定性。结合丝网印刷方法制备了长期稳定性良好（gt;12天）的柔性湿度传感器并对SA-MXene传感器进行性能测试，结果表明SA-MXene传感器显示了超高的响应（131.4%/97%RH）、比较快速的响应/恢复时间（9.38s/12.94s）和出色的抗弯曲性（0°-180°）。此外，该传感器在基于湿度变化的实时检测系统中也表现出应用潜力。 （3）引入受贻贝启发的多巴胺用于Ti3C2Tx MXene表面改性，合成一种聚多巴胺包覆MXene的复合材料（Polydopamine-MXene，PDMX）。通过将复合材料滴涂在纸基电极上组装制得柔性传感器，探究了该湿度传感器的最佳工作频率为200Hz，结果表明该湿度传感器表现出较小的滞后性（3%RH）和快速的恢复时间（lt;2s），PDMX2传感器也展现出了可多次弯折的灵活性（~100次）和长期稳定性（gt;30天），得益于以上特性，该器件可以对生理信号进行实时记录和监测，且进一步实现了在呼吸检测方向的应用。
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