青岛大学夏延致/张克伟教授 Mat. Sci. Eng. R:海藻纤维锚定导电配位聚合物实现超稳定的光热协同传感
2024-09-07 来源:高分子科技
柔性和多功能传感器以其卓越的适应性,正在改变个性化可穿戴电子的发展。过去十年中,柔性材料的结构设计和制造技术取得了显著进展,使新兴的柔性电子设备成为现实。与传统的合成聚合物衬底(如PI、PDMS)相比,海藻纤维材料具有资源丰富、本质阻燃、生物相容、可降解等优势显示出其作为衬底的巨大潜力。然而,海藻纤维(AF)表面易溶胀导致材料易脱落且导电性较差,这使得其功能化过程面临挑战。
导电配位聚合物框架材料(ECCF)是一类独特的金属有机框架(MOF),通常由可调节的金属节点和π共轭富电子有机连接体构成。ECCF保留了MOF的关键特性,如高表面积和良好的孔隙度。特别是,具有π-π、d-π共轭结构的ECCF表现出相对较高的载流子迁移率和电导率。然而,ECCF通常为易碎或分散的微晶粉末,缺乏在所需衬底上制备大面积薄膜的简便方法,这极大限制了其在柔性电子领域的广泛应用。
图1. AF/Cu-CAT的制备及形貌
图2. AF/Cu-CAT的结构表征
图3. AF/Cu-CAT用于自供电紫外光检测
图4. AF/Cu-CAT用于室温氨气检测
图5. AF/Cu-CAT的光/气协同传感
图6. 超稳定光热协同传感机制
当AF/Cu-CAT传感器暴露于空气时,空气中的氧分子从Cu-CAT表面捕获电子形成化学吸附氧(),引起能带向上弯曲,并在Cu-CAT表面形成电子耗尽层,从而产生高电阻。当传感器暴露于NH3时,NH3分子被氧化,将电子释放回Cu-CAT,传感器电阻降低。光/气协同现象可归因于Cu-CAT材料内部光生载流子与表面吸附气体之间的反应。当Cu-CAT受到大于其带隙的紫外光照射时,Cu-CAT内部的光生载流子会影响其表面气体吸附和解吸的动态平衡。在紫外线照射下,光生电子与空气中的氧分子发生反应,导致Cu-CAT表面产生更多的氧离子,大量 和的存在增加了NO(ads)分子的解吸速率,并将更多的电子释放回Cu-CAT材料,Cu-CAT表面的电子耗尽层变窄,电阻降低。
原文链接:https://doi.org/10.1016/j.mser.2024.100827
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