透明、便携、可穿戴气体传感器:网络状聚苯胺提高薄膜透明度和传感性

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透明导电膜,作为柔性、便携、可穿戴的透明电子学器件的重要组成部件,可广泛应用于触摸屏、显示器、太阳能电池、智能窗、超级电容器等领域,而受到科学研究者的广泛关注。近年来,基于碳纳米管、石墨烯、金属纳米线等纳米材料的透明导电膜的透明电子学器件已经得到了广泛的报道。例如,基于银纳米线的透明电极和基于金属网格结构的透明锂电池已经被很好地建立了起来。

然而,近年来随着便携式电子产品市场的飞速发展和大气环境污染的日趋严重,迫切需要开发一种基于透明导电膜的便携气体传感器件,作为可被植入透明电子学器件、智能窗户及其他透明、隐形器件中以便提供一种低能耗、低操作温度的化学气体在线监测的便携、智能传感器件。传统的无机氧化物气体传感材料常需高温操作,且选择性较差。而基于导电高分子的气体传感材料能够实现室温气体检测,并且在柔性基底上成膜性好;但是导电高分子气体传感材料往往存在灵敏度较低的问题,因此提高比表面积,构筑多级纳米结构将是很好的解决方案。

最近,北京化工大学纳米化学研究团队(NanoChem Research Group in College of Science, Beijing University of Chemical Technology)的孙晓明教授和万鹏博副教授带领团队成员开发了一种利用银纳米线的化学不稳定性,在基于银纳米线网络状结构的透明导电膜上实现了以银纳米线网络状结构为模板的牺牲模板法的诱导聚合反应,成功获得了具有大比表面积的基于聚苯胺多级纳米结构的网络状透明导电薄膜。基于聚苯胺多级纳米结构的网络状透明导电薄膜,成功组装并实现了透明度和气体传感性、选择性都显著提高的透明气敏传感器件。

相比于常需陶瓷管、叉指电极等辅助器件、制备复杂的传统气敏传感器件,本工作采用柔性、透明导电薄膜开发的气敏传感器件实现了传感器件的透明、便携和可穿戴化,此举有望扩展到其他导电高分子及其相关纳米复合材料体系中;并在便携式电子器件的发展和大气环境污染的实时监控方面具有重要的科研指导意义及实际应用价值。