成果简介
为了探索 Ti3C2Tx-MXenes 作为电极而非传统金属的潜力，本文，哈利法大学Anas Alazzam等研究人员在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“2D Ti3C2Tx-MXene nanosheets and graphene oxide based highly sensitive humidity sensor for wearable and flexible electronics”的论文，研究使用二维 Ti3C2Tx MXene 纳米片（TMNSs）作为电极，氧化石墨烯（GO）作为传感层，设计了一种高性能、高性价比的湿度传感器。该传感器采用紫外光刻、旋涂和喷涂技术在柔性透明的环烯烃共聚物（COC）基底上制作而成。
电阻抗测量结果表明，该传感器对湿度非常敏感，在1kHz和10kHz 频率下的响应范围为 6%至97%。传感器的快速响应和恢复时间分别为0.8秒和0.9秒，并能在24小时内保持稳定的性能。研究结果表明，在湿度感应过程中，分别属于水分子和羟基的氢原子和氧原子之间存在物理键。此外，氧化石墨烯（GO）的 OH 构型是湿度传感的主要活性位点，其吸附能量和电荷转移能力高于 O 构型。此外，研究还展示了这种基于二维材料的传感器在现实世界中的应用，包括非接触式近距离传感和人体呼吸检测，证明了它的潜力。这项研究为开发基于二维材料的低成本湿度传感器做出了重大贡献，对湿度传感的广泛应用具有重要意义。
图文导读
图1. (a) 利用 Ti3AlC2- MAX 合成 TMNS 的示意图，插图为制备的 TMNS 水分散体的数码照片。(b) Ti3AlC2- MAX 相的扫描电镜图像。(c) 剥离的 TMNS 的扫描电镜图像。(d) 剥离的 TMNS 的 BF-TEM 图像。(e) 带有 Ti3C2Tx-MNS 单薄片高度轮廓的原子力显微镜地形图。(f) Ti3AlC2- MAX 相和 TMNS 的 XRD 图。(g) TMNS 的傅立叶变换红外光谱。(h) TMNS 的 (Ti 2p)、(i) O1s 和 (j) C1s 的 XPS 光谱。(k) 石墨粉合成 GO 的示意图。(l) 制备的 GO 的 XRD 图，插图为 GO 水溶液的数码照片。
图2. (a) 器件制造过程。(b) 制作好的传感器的 SEM 图像；(c) 选定区域 – 器件的 SEM 图像，用于绘制 (d)Ti、(e)F、(f)C 和 (g) O 的 EDS 颜色图；(h) 器件表征的实验设置。
图3. (a) 1 kHz 和 (b) 10 kHz 时的传感器阻抗和电容响应。(c) 1 kHz 和 10 kHz 时的传感器阻抗灵敏度。(d) 传感器阻抗和电容滞后响应。超过 24 小时的传感器稳定性显示（e）阻抗和（f）电容。(g) 阻抗和 (h) 电容的传感器瞬态响应。(i) 传感器的等效电路模型。
图4。从侧面（第一排）和俯视图（第二排）看，吸附的H2O分子的优化结构
图5. (a) 口吹测试示意图。(b) 口吹测试的阻抗响应。(c) 使用湿手指、干手指和戴手套手指时手指接近传感器的响应，以及 (d) 使用湿手指时手指接近传感器的响应和恢复。(e) 设备弯曲测试。
小结
总之，我们介绍了一种简便的制造策略，即在柔性基底上使用 TMNS 作为电极和 GO 作为传感层，制造出一种高效的高性能全二维湿度传感器。在制备的湿度传感器中，TMNSs 被用作电极，不同于传统的贵金属电极（金、银和铜等）。确切地说，TMNSs 电极是通过简单的喷涂技术和脱模技术沉积而成的，而作为传感层的 GO 活性层则是通过旋涂技术沉积而成的。
所开发的器件分别具有 182,068.791 和 11,945.989 的高阻抗灵敏度，在 1kHz 和10kHz 频率下的 6-97% RH范围内具有出色的传感性能。有趣的是，DFT仿真结果与实际器件性能非常吻合，进一步验证了所提出的湿度传感机制。TMNS/GO湿度传感器的响应时间和恢复时间分别为0.8秒和0.9秒，表明其工作速度很快。该传感器还能检测人体呼吸和指尖的湿度，这进一步证明了它在医疗保健行业的潜在用途。总之，由于采用了简便、经济的方法，所提出的制造策略为设计高性能湿度传感器提供了一种潜在的替代方案，可替代传统的、昂贵的、耗时的合成方法。
文献：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147981
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