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第一作者：高强
通讯作者：范绪阁，王晓晶，张文栋
通讯单位：北京理工大学，中国人民解放军军事科学院，中北大学
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.4c11194
摘要
本文研究了不同原子层数的石墨烯在SiO2/Si基底上的湿度传感特性。通过制备基于一层至三层石墨烯的湿度传感器，研究了石墨烯原子层数和感测区域对传感器的响应度和响应/恢复时间的影响。研究发现，随着石墨烯原子层数的增加，制备的器件的相对电阻变化减小；而基于三层石墨烯的器件显示出最快的响应/恢复时间，基于双层石墨烯的器件则显示出最慢的响应/恢复时间。最终，选择了基于双层石墨烯的器件，因其具有较好的响应度和稳定性，用于呼吸监测和非接触式手指监测的应用。
研究成果
北京理工大学前沿交叉科学研究院范绪阁教授课题组与中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室主任张文栋教授等在《ACS Applied Materials & Interfaces》上发表了题为“Humidity Sensing Properties of Different Atomic Layers of Graphene on the SiO2/Si Substrate”的论文，研究团队成功开发了基于不同原子层数石墨烯的湿度传感器，并通过实验研究了石墨烯原子层数对传感器响应度和响应/恢复时间的影响。结果显示，单层石墨烯基器件具有最高的响应度，而三层石墨烯基器件具有最低的响应度。此外，单层和三层石墨烯基器件相比双层石墨烯基器件具有更短的响应/恢复时间。研究还发现，双层石墨烯基湿度传感器在人类呼吸监测和非接触式信息交换方面具有潜在的应用价值。
论文亮点
1.首次系统研究了不同原子层数石墨烯对湿度传感器性能的影响。
2.发现石墨烯原子层数对其湿度感应性能有显著影响，为石墨烯基湿度传感器的设计提供了新的思路。
3.双层石墨烯基器件在呼吸监测和非接触式手指监测中展现出良好的应用潜力，为未来智能传感器的发展提供了新的方向。
图文导读
图1 展示了不同原子层数石墨烯湿度传感器的制造过程，包括硅基底的制备、石墨烯的转移和后处理。
图2 显示了单层、双层和三层石墨烯基湿度传感器的扫描电子显微镜(SEM)图像，以及水分子在石墨烯表面的吸附和脱附示意图。
图3 比较了不同原子层数石墨烯基器件在相对湿度变化时的相对电阻变化。
图4 展示了不同原子层数石墨烯基器件的响应和恢复时间。
图5 展示了双层石墨烯基器件在人类呼吸监测和非接触式手指监测中的应用。
结论
本研究通过实验证实了石墨烯原子层数对其湿度传感器性能有显著影响，为石墨烯基湿度传感器的设计和应用提供了重要的理论依据和实验数据。双层石墨烯基湿度传感器因其较好的响应度和稳定性，在人类呼吸监测和非接触式信息交换中展现出潜在的应用价值。
作者简介
王晓晶，共同通讯作者，中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院王晓晶助理研究员，研究方向为微纳加工与传感、应用于极端环境的敏感材料。
张文栋，共同通讯作者，中北大学仪器与电子学院教授，国家杰出青年基金获得者，中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室主任，获得国家科学技术发明二等奖3项（排名第一2项，第二1项）、国家科学技术进步二等奖1项，何梁何利基金“科学技术创新奖”，研究方向为动态测试技术与智能仪器、微型机电系统（MEMS）等。
范绪阁，共同通讯作者，北京理工大学前沿交叉科学研究院教授，研究方向为MEMS、NEMS、微纳传感器、石墨烯等敏感薄膜。
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