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圖 新聞投稿
2023-08-29
應用奈米纖維混摻石墨烯於高靈敏度濕度檢測
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圖1:PVA-G奈米複合纖維薄膜結構元件於濕度偵測。

【本篇報導由機電工程學系 張天立特聘教授研究團隊提供】

本研究為應用奈米纖維(Nanofibers)混摻自熱(Self-heating)石墨烯(Graphene, G)之結構,以進行檢測材料元件之特性與測試,達成該結構元件於濕度之高靈敏度偵測目標,該檢測主要是透過自熱導電共軛奈米複合纖維之電性變化的機制,以能獲得環境待測的濕度濃度值。本研究是利用電紡絲(Electrospinning)製作奈米纖維結構(Nanofiber Structures),並採以不同濃度的混摻石墨烯片材於奈米複合纖維的結構成型,完成該材料結構特性之探討及結構元件在調控溫度之濕度偵測(Humidity Detection)。


在檢測晶片及系統技術於監測濕度之應用,開發具有成本效益的方式有其必要,而以薄膜電阻式元件本身的自熱效應,是有機會準確與可靠的偵測在不同領域環境下獲得其相對濕度(Relative Humidity, RH)值,該相關範圍包含半導體工業、電子機械設備、種植保護、化學加工和氣象測量等。一般而言,薄膜電阻式感測器於其偵測應用是具有多個優點,如低功耗、高靈敏度、良好的穩定性以及響應(或恢復時間)。

相較於金屬電極檢測元件,本研究會開發具導電特性之奈米複合纖維結構元件,是利用電紡絲的製程方式製作奈米纖維(奈米線)結構,該製程是利用高壓靜電將聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol, PVA)溶液製備成為微米甚至奈米尺寸纖維,其結構是具有高比表面積、大孔隙率、較高的導熱及導電性能的優點。在此,奈米纖維會混摻自熱石墨烯(G)材料,由於考慮該材料其電性、機械強度及熱穩定性,該成型的奈米複合纖維結構可增加元件電性檢測,提高其濕度偵測之靈敏度,如圖1所示。

本研究證明檢測奈米複合纖維結構元件於濕度偵測具創新性,該研究是奈米複合纖維製程與電紡絲機制,提供PVA-G奈米複合纖維薄膜材料於檢測結構元件技術,經成型導電奈米纖維結構元件於濕度偵測應用。研究團隊在此相關研究已有多年經驗,且多數研究成果皆已發表於著名國際期刊,所作的學術研究是深具前瞻及潛力。關於本篇複合纖維結構元件於濕度偵測成果,張教授研究團隊已將於2021年1月發表在該領域之國際頂尖期刊(Sensors and Actuators B: Chemical)。本研究提出與證明以複合纖維結構元件之濕度偵測平臺技術,其具有成本低、製造容易及偵測反響應良好等優點,能有機會進一步整合檢測模組,並透過實際布局於濕度偵測應用。

原文出處:

Chen, Z. C., Chang, T. L., Su, K. W., Lee, H. S., Wang, J. C. (2021). Application of self-heating graphene reinforced polyvinyl alcohol nanowires to high-sensitivity humidity detection. Sensors and Actuators, B: Chemical, 327, 128934. (SCI Journal) (Corresponding author) https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128934

本文出處:研究發展處研究亮點

原始連結:https://rh.acad.ntnu.edu.tw/tw/article/content/222

張天立 特聘教授 | 機電工程學系

國立臺灣師範大學機電工程學系特聘教授兼系主任,其研究專長為智慧生醫檢測晶片、超快雷射材料製程、奈微米結構元件、微機械力學、能源工程及智慧光機電整合,以致力於生醫晶片及能源應用之研究工作。

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