青島大學夏延致/張克偉教授 Mat. Sci. Eng. R：海藻纖維錨定導電配位聚合物實現超穩定的光熱協同傳感
2024-09-07 來源：高分子科技
柔性和多功能傳感器以其卓越的適應性，正在改變個性化可穿戴電子的發展。過去十年中，柔性材料的結構設計和制造技術取得了顯著進展，使新興的柔性電子設備成為現實。與傳統的合成聚合物襯底（如PI、PDMS）相比，海藻纖維材料具有資源豐富、本質阻燃、生物相容、可降解等優勢顯示出其作為襯底的巨大潛力。然而，海藻纖維（AF）表面易溶脹導致材料易脫落且導電性較差，這使得其功能化過程面臨挑戰。
導電配位聚合物框架材料（ECCF）是一類獨特的金屬有機框架（MOF），通常由可調節的金屬節點和π共軛富電子有機連接體構成。ECCF保留了MOF的關鍵特性，如高表面積和良好的孔隙度。特別是，具有π-π、d-π共軛結構的ECCF表現出相對較高的載流子遷移率和電導率。然而，ECCF通常為易碎或分散的微晶粉末，缺乏在所需襯底上制備大面積薄膜的簡便方法，這極大限制了其在柔性電子領域的廣泛應用。
圖1. AF/Cu-CAT的制備及形貌
圖2. AF/Cu-CAT的結構表征
圖3. AF/Cu-CAT用于自供電紫外光檢測
圖4. AF/Cu-CAT用于室溫氨氣檢測
圖5. AF/Cu-CAT的光/氣協同傳感
圖6. 超穩定光熱協同傳感機制
當AF/Cu-CAT傳感器暴露于空氣時，空氣中的氧分子從Cu-CAT表面捕獲電子形成化學吸附氧（
），引起能帶向上彎曲，并在Cu-CAT表面形成電子耗盡層，從而產生高電阻。當傳感器暴露于NH3時，NH3分子
被氧化，將電子釋放回Cu-CAT，傳感器電阻降低。光/氣協同現象可歸因于Cu-CAT材料內部光生載流子與表面吸附氣體之間的反應。當Cu-CAT受到大于其帶隙的紫外光照射時，Cu-CAT內部的光生載流子會影響其表面氣體吸附和解吸的動態平衡。在紫外線照射下，光生電子與空氣中的氧分子發生反應，導致Cu-CAT表面產生更多的氧離子，大量
和
的存在增加了NO(ads)分子的解吸速率，并將更多的電子釋放回Cu-CAT材料，Cu-CAT表面的電子耗盡層變窄，電阻降低。
），引起能帶向上彎曲，并在Cu-CAT表面形成電子耗盡層，從而產生高電阻。當傳感器暴露于NH3時，NH3分子被氧化，將電子釋放回Cu-CAT，傳感器電阻降低。光/氣協同現象可歸因于Cu-CAT材料內部光生載流子與表面吸附氣體之間的反應。當Cu-CAT受到大于其帶隙的紫外光照射時，Cu-CAT內部的光生載流子會影響其表面氣體吸附和解吸的動態平衡。在紫外線照射下，光生電子與空氣中的氧分子發生反應，導致Cu-CAT表面產生更多的氧離子，大量 和的存在增加了NO(ads)分子的解吸速率，并將更多的電子釋放回Cu-CAT材料，Cu-CAT表面的電子耗盡層變窄，電阻降低。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mser.2024.100827
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（責任編輯：xu）
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