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基于二维PtSe2耐伽马辐射高灵敏度快速响应湿度传感器研究

发布时间:2022-12-04 23:12:50浏览:次 返回列表

      二维过渡金属二氯化物(TMDs)以其独特的性能作为传感材料,对开发具有卓越性能的传感器具有极大的兴趣。最近TMD已经在一些研究中得到了关注,并有可能在核能领域和空间应用中得到应用,因为它们本身体积小、重量轻、功率要求低,而且具有明显的电/化学特性。但此类领域的传感器或电子设备所面临的挑战之一是在电离辐射下的坚固性和可靠的操作。如高能质子、电子、α粒子、X射线和γ射线(伽玛射线)。二硒化铂(PtSe2),一种TMD层状材料,由于其固有的特性,如低温生长、室温下高载流子迁移率、层状载流子传输特性和长期空气稳定性,吸引了越来越多的关注。PtSe2因其在体相中的半金属导电性和单层形式的带隙为1.2 eV的半导体特性而成为一种有前途的材料。PtSe2杰出的内在特性,包括这种随厚度变化的半金属到半导体的转变,在50K时达到108的超高导通率,已经在高性能(光)电子设备的应用中变得越来越引人注意。PtSe2的载流子迁移率在理论上是MoS2的8倍,与黑磷(BP)的迁移率相当。此外。超薄的 PtSe2在气体传感方面表现出了很好的潜力。尽管PtSe2的优点已被证实,但它对相对湿度的电反应和离子辐射的影响仍然是未知的。根据早期的报告,密度泛函理论(DFT)计算表明H2O分子之间的弱 H2O分子和PtSe2单层之间的相互作用。这可能导致传感性能不稳定。然而,掺入杂质或创造缺陷点来实现化学反应性的增强,是一种有效的方法来提高基于纳米材料的传感器的灵敏度。

      近日来自韩国电子和电信研究所的石墨烯研究团队在ADVANCED MATERIAL TECHNOLOGIES(DOI: 10.1002/admt.202100751 )期刊上发表了一篇题为“Highly Sensitive and Fast Responsive Humidity Sensor based on 2D PtSe2 with Gamma Radiation Tolerance ”的研究文章,该篇论文创新性的对二维TMD材料PtSe2作为湿度传感器的传感特性和电离辐射效应进行了系统的研究,湿度传感器在20-85%的相对湿度(RH)范围内表现出明显的电流信号变化,最高可达105阶,并具有60毫秒的快速响应时间。在10kGy的γ射线(60Co)照射期间,PtSe2的实时电输出,以及随后的材料表征都证明了它们在伽马射线下的独特稳定性。未来基于PtSe2的湿度传感器对湿度的精确和快速检测被证明是一种潜在的泄漏定位器应用。

      该篇研究论文中二维TMD材料PtSe2作为湿度传感器的湿度表征实验主要基于NEXTRON提供的定制微探针系统及高精度湿度控制模块来实现,具体实验设计为:Humidity Measurement Setup: A custom-developed humidity measurement system was used to investigate the electrical response of the PtSe2 humidity sensor at various humidity levels. The setup
contained a water bubbler, N
supply, microflow controller (MFC), a micro vacuum probe station (NEXTRON Co.) humidity chamber, Keithley 2636B system, a high accuracy reference humidity sensor (SHT85, Sensirion), and a computer (software & UI) as shown in Figure S4a in the Supporting Information. The as-fabricated PtSe2 sensor was
probed inside the sealed main chamber with two separate inlet lines for MFC-controlled dry and humid air. The RH% inside the main chamber was adjusted by the MFC by a range of N
2 flow from 100–2000 sccm. Through the Sensirion software, the highly accurate reference digitalhumidity and temperature sensor were used to precisely monitor the RH% inside the main chamber. The electrical data of the PtSe2 humidity sensor under various humidity levels were collected in a GUI-based characterization software from the analyzer.