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目前，常用生物醫(yī)學(xué)方法檢測(cè)VOCs主要采用昂貴的大型儀器，嚴(yán)重限制了其廣泛的實(shí)際應(yīng)用。鑒于此，河北工業(yè) 大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院苑文靜副研究員、殷福星教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種基于三維Mxene框架（3D-M）的高性能柔性VOCs化學(xué)電阻型傳感器，可在室溫下檢測(cè)極寬濃度范圍的VOCs。相關(guān)研究成果以“A flexible VOCs sensor based on a 3D Mxene framework with a high sensing performance”為題，近期發(fā)表于Journal of Materials Chemistry A。
揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）在日常的生活、工作、及工廠作業(yè)等環(huán)境中無處不在，此外，患有一些疾病如糖尿病的病人在呼吸過程中也會(huì)呼出丙酮等有機(jī)氣體。然而目前廣泛研究的VOC傳感材料主要集中于金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS），該類材料在傳感過程中通常需要100℃以上的工作溫度，不僅能耗高，同時(shí)也會(huì)帶來安全隱患。
Mxene作為一種新興的二維前過渡金屬碳化物/氮化物，具備高比表面積、本征金屬電導(dǎo)率和良好的穩(wěn)定性，是一種優(yōu)異的氣體傳感材料。該研究通過靜電紡絲技術(shù)在叉指電極表面制備帶有正電荷的聚合物三維纖維骨架，利用靜電作用將表面帶有負(fù)電的Mxene片層組裝在三維骨架間表面，形成3D-M。三維聚合物結(jié)構(gòu)可提供高度互連的多孔結(jié)構(gòu)，有利于有機(jī)氣體分子的擴(kuò)散，吸附和脫附。此外，由于Mxene表面具有豐富的–OH, –O, –F等官能團(tuán)，主元素與表面修飾元素原子個(gè)數(shù)比 [（C+Ti）/（O + F）]為2.53，豐富的修飾官能團(tuán)可進(jìn)一步為氣體分子提供活性吸附位點(diǎn)。同時(shí)，通過自組裝技術(shù)可獲得極薄（單層或寡層）的Mxene傳感層，具有更大的比表面積，可以有效的使活性吸附位點(diǎn)全部都暴露出來。
該傳感器可以在室溫下連續(xù)工作，對(duì)微量極性有機(jī)氣體（丙酮、甲醇和乙醇）具有高靈敏度 （0.10——0.17 ppm-1），低檢測(cè)限 （50 ppb），快速響應(yīng)和脫附速率 （小于2 min），極寬的傳感范圍 （從ppb級(jí)別至飽和蒸氣），以及良好的重復(fù)性和可靠性。同時(shí)，該傳感器可在室溫條件操控和使用，并具有良好的柔性，有望集成于便攜式可穿戴設(shè)備。
總結(jié)與展望：采用一種簡(jiǎn)便可行的方法，開發(fā)了一種高效的柔性VOCs傳感器，可用于檢測(cè)微量揮發(fā)性有機(jī)氣體。對(duì)丙酮、乙醇、甲醇同時(shí)具有優(yōu)異的傳感性能，具備良好的實(shí)用性和可靠性。同時(shí)，該傳感器可在室溫下進(jìn)行工作，為開發(fā)實(shí)用的可穿戴VOCs傳感器提供了廣闊的前景。該研究項(xiàng)目得到了國(guó)家自然科學(xué)基金 （No. 51702084） 的資助。
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