近期，我院多物理场能源催化团队卢红兵教授与量子物质调控团队高健智教授合作在柔性可穿戴气体传感器领域取得系列重要进展，相关成果于2024年12月31日和2024年9月2日分别发表于国际权威学术期刊《Nano Letters》和《Advanced Functional Materials》（封面文章）。
进展1：High-Aspect-Ratio In2–xGaxO3 Integrated with Amorphous Al2O3 Nanofibers: All-Inorganic Self-Supporting Wearable Membranes for Ultralow-Concentration NO Sensing in Simulated Exhalation, Nano Letters 2025, 25, 845–853.
电阻式金属氧化物半导体（MOS）气体传感器因其卓越的稳定性、经济可行性和高灵敏度，在气体检测领域展现出强大的应用潜力。然而，实现具有高灵活性、良好透气性和高灵敏度的无机半导体气体传感器，尤其是实现在高湿度场景中的可穿戴应用，仍然面临巨大挑战。该团队开发了一种全无机自支撑柔性In2-xGaxO3–Al2O3/Al2O3气体传感器，适用于超低浓度一氧化氮（NO，呼吸标志物）的可穿戴传感检测。该传感器采用基于“联锁设计”的双喷头静电纺丝技术，构建出基于非晶Al2O3纳米纤维衬底和In2-xGaxO3活性层的全无机全纳米纤维柔性气体传感器，该传感器具有优异的柔性，高透气性和热稳定性。低浓度Ga3+掺杂有效调制了In2-xGaxO3活性层的能带结构、氧空位和晶粒尺寸。构建的In1.98Ga0.02O3–Al2O3/Al2O3传感器在37°C、85%相对湿度的模拟呼吸环境中，成功实现了对超低浓度NO（15 ppb）的高灵敏检测，同时具备出色的灵敏度、选择性和循环稳定性，即使在经历超过10,000次大角度（140°）弯曲后，其性能仍保持稳定。该研究为可穿戴式呼吸气体检测器件的开发提供了重要技术支撑，在哮喘等疾病的无创诊断领域具有重要的应用前景。该成果陕西师范大学为第一单位，我院博士生刘雨萌为第一作者，卢红兵与高健智教授等人为通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c05504
进展2： “Flexible, Breathable and Hydrophobic SnO2–SnS2–SiO2/SiO2 All-Inorganic Self-Supporting Nanofiber Membrane for Ultralow-Concentration NO2 Sensing Under High Humidity”, Advanced Functional Materials 2024, 2410833.
针对传统有机衬底气体传感器在高湿环境中存在的抗湿性差和气敏性能低等问题，研究团队结合静电纺丝与热硫化技术，开发了一种具有良好柔性、透气性和抗湿性的全无机纳米纤维膜气体传感器。该柔性气体传感器采用非晶SiO2纳米纤维作为基底层和骨架材料，非晶SiO2纳米纤维与气敏材料SnO2–SnS2纳米纤维相互交织的结构，有效保证了传感器的柔性和机械稳定性。通过热硫化工艺在SnO2纳米纤维表面形成的SnS2，一方面形成的Sn–S键有效抑制了H2O分子在SnO2–SnS2纤维表面形成氢键，从而增强了敏感材料的抗湿性；另一方面，SnO2–SnS2异质结的形成显著提升了传感器的气敏性能。因而，所制备的全无机柔性气体传感器在高湿环境下对极低浓度NO2具有出色的敏感能力。这项研究为开发高性能可穿戴柔性气体传感器提供了有效的设计思路。该成果于2024年9月2日发表于《Advanced Functional Materials》期刊，我校为第一单位，我院博士生刘佳为第一作者，卢红兵与高健智教授等人为通讯作者，多物理场能源催化团队朱刚强教授和贾艳敏教授等人为合作者。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202410833
上述工作得到国家自然科学基金面上项目(12374186、12074236), 国家自然科学基金青年项目( 62304180), 中央高校优秀青年创新团队项目(GK202301001)和交叉融合团队项目(GK202203002)等项目的支持。
