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  柔性傳感器以其可折疊、可卷曲、可拉伸的特殊物理屬性和輕質(zhì)、便攜、低能耗等特點備受人們關注。二維（2D）過渡金屬硫族化合物（Transition metal dichalcogenides, TMDs）材料理論上具有最小的彎曲剛度，可以滿足柔性器件對電子功能材料的性能調(diào)控，因此被認為是柔性電子領域極具應用潛力的候選材料之一。然而，大面積、圖案化和高質(zhì)量的2D TMDs材料往往需要較高的生長溫度，不利于其在柔性聚合物襯底上直接制備，這也制約了2D TMDs 材料在柔性電子領域的應用。

  近日，西北工業(yè)大學黃維院士團隊王學文教授課題組提出在柔性襯底上低溫合成大面積、圖案化和高質(zhì)量2D TMDs材料的方法，并且在柔性襯底表面直接原位集成了多種傳感器，包括溫度傳感器、生物電傳感器等。相關研究成果以“Large-scale Ultra-robust MoS₂ Patterns Directly Synthesized on Polymer Substrate for Flexible Sensing Electronics”為題發(fā)表在國際頂級期刊Advanced Materials上，柔性電子前沿科學中心李偉偉副教授、許曼章副教授和博士生高久偉為本文的共同第一作者，黃維院士和王學文教授為共同通訊作者。 該方法首先制備了超薄聚酰亞胺柔性襯底及可用于噴墨打印的水性前驅(qū)體墨水，通過調(diào)控墨水組分、溶劑比例，對MoS₂前驅(qū)體墨水的表面張力、粘度和密度進行優(yōu)化與調(diào)控，制備的前驅(qū)體墨水能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定噴射，并且通過調(diào)控前驅(qū)體的濃度，可以得到不同厚度的前驅(qū)體薄膜，基于此在聚酰亞胺襯底表面噴墨打印了敏感單元。之后引入氬氣保護，在氫氣輔助下實現(xiàn)了前驅(qū)體在較低溫度（350 °C）的熱分解與原位結(jié)晶，獲得了圖案化的MoS₂結(jié)晶薄膜（圖1），通過高分辨透射電鏡，進一步確認所得MoS₂由單晶組成的多晶相，其晶粒尺寸在10-20 nm之間，優(yōu)于類似溫度合成的MoS₂膜。此外，得益于超薄的MoS₂及和聚酰亞胺襯底之間的強粘附力，該MoS₂圖案具有極佳的力學穩(wěn)定性（曲率半徑4 mm時，電阻變化率<2%）、耐久性（>10000次彎折）以及化學穩(wěn)定性（耐丙酮、二甲基甲酰胺、紫外線等）（圖2）。

圖1噴墨打印和退火工藝相結(jié)合實現(xiàn)在聚酰亞胺表面直接生長MoS₂圖案。

圖2 制備的MoS₂薄膜的力學穩(wěn)定性。

  文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202207447

團隊負責人介紹：

  王學文：西北工業(yè)大學教授、博導，柔性電子研究院副院長、柔性電子前沿科學中心副主任、陜西省柔性電子重點實驗室副主任、先進材料專家組成員。他長期致力于柔性傳感器研究開發(fā)，并探索柔性傳感技術在健康醫(yī)療、人機交互、環(huán)境監(jiān)測等戰(zhàn)略性新興領域的實際應用。目前，承擔國家重點研發(fā)計劃課題、陜西省重點研發(fā)計劃重點項目等國家級和省部級項目多項，主持柔性電子重大應用橫向項目兩項。近十年來，在柔性電子材料研究中，已在Research、Science Advances、Advanced Materials、JACS等國際頂級學術期刊發(fā)表研究論文70余篇，國際學術同行他引近六千次，獲授權國內(nèi)外發(fā)明專利10余項。相關研究成果被新華社、中央廣播電視總臺、《科技日報》、《中國科學報》、《中國日報》、《文匯報》以及Global Times、Materials Today等多家主流媒體報道。擔任20多個國際主流學術期刊的審稿人，擔任《材料導報》執(zhí)行編委、Soft Science期刊青年編委、“柔性電子”專刊客座編輯、Sensors專刊客座編輯、中國電子學會青年科學家俱樂部成員。2022年，入選國際先進材料學會會士（FIAAM）、英國皇家化學會Nanoscale新銳科學家（Emerging Investigator）榜單、全球前2%頂尖科學家年度影響力榜單。

  黃 維：中國科學院院士、俄羅斯科學院外籍院士、亞太材料科學院院士、東盟工程與技術科學院外籍院士、巴基斯坦科學院外籍院士、國際歐亞科學院院士、亞太地區(qū)工程組織聯(lián)合會（FEIAP）主席。長期從事有機/塑料/印刷/柔性電子學等國際前沿學科研究，是中國有機電子學科和柔性電子學科的奠基人與開拓者。曾兩次獲得國家自然科學獎二等獎、四次獲得高等學校科學研究優(yōu)秀成果獎（科學技術）自然科學獎一等獎、六次獲得江蘇省科學技術獎一等獎和二等獎以及何梁何利基金“科學與技術進步獎”和中國電子學會自然科學獎一等獎等，成果曾經(jīng)入圍中國“高等學校十大科技進展”。以通訊或第一作者身份在Nature、Science等世界頂尖學術期刊發(fā)表研究論文900余篇，H因子150，國際同行引用逾95000次，是材料科學與化學領域全球高被引學者。