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研究背景

相对湿度 (RH) 作为干燥技术、食品加工、生物医学以及农业等诸多领域的关键指标，其重要性不言而喻。

湿度传感器作为一种能够检测各类环境中相对湿度的便捷设备应运而生。在实际应用场景中，湿度传感器需具备高灵敏度、高选择性、快速的响应与恢复速度，以及长期的稳定性和良好的可重复性等特性。然而，当前湿度传感器面临的一项重大挑战在于，如何在实现快速响应与恢复的同时，保证较小的湿滞后。

在众多金属氧化物里，氧化锌 (ZnO) 凭借其独特的化学、光学和电子特性，在湿度传感领域崭露头角。但传统的 ZnO 湿度传感器存在湿滞较大的缺陷，且其响应传感性能有待进一步提升。

研究内容

近日，北京化工大学郭影教授带领的研究团队，为克服 ZnO 湿敏滞后大的弊端并增强其湿敏性能，运用静电纺丝技术与高温煅烧处理相结合的方法，成功制备出一种一维 Ag 掺杂的 ZnGa?O?/ZnO 复合纳米纤维 (ZG-Ag)，该材料具有高比表面积和高电导率的特性。实验结果显示，这种复合纳米纤维在室温下展现出了极为优异的湿度传感性能。

Figure 1. Ag 掺杂的 ZnGa?O?/ZnO 复合纳米纤维复合材料的结构及性能图

在该研究工作中，通过对 Ag 的掺杂量进行优化，使得 ZG-Ag 复合材料具备了响应迅速、湿滞微小、响应恢复快速等显著优点，其响应时间和恢复时间分别仅为 2.2 s 和 1.5 s。

ZG-Ag 之所以具有如此优异的湿敏性能，主要归因于以下三点：1.其一维纳米纤维结构赋予了其较大的比表面积；2.多孔结构为其提供了更多的氧空位，进而增强了对水分子的敏感性；3.银离子的掺杂极大地提高了材料的导电性。综上所述，在ZnGa?O?/ZnO 复合纳米纤维中进行银掺杂，可显著提升其湿敏性能，这使得该材料有望在未来人体呼吸监测等领域得到广泛应用。

相关成果以 “High-performance humidity sensor based on Ag-doped ZnGa?O?/ZnO composite nanofibers”(《基于 Ag 掺杂 ZnGa?O?/ZnO 复合纳米纤维的高性能湿度传感器》)为题，在英国皇家化学会期刊 RSC Applied Interfaces 上发表。