基于姜黄提取物绿色合成的银纳米颗粒薄膜湿度传感器及其性能研究

研究人员通过姜黄提取物绿色合成银纳米颗粒(Ag NPs)，首次开发出电阻型薄膜湿度传感器。该传感器在5-98%相对湿度(RH)范围内表现出高灵敏度(Sf=2078)、快速响应/恢复时间(28/47秒)和30天稳定性，为食品包装和农业监测提供了环保解决方案。

　　

湿度监测在食品包装、医疗健康和农业等领域具有重要应用价值，但传统湿度传感器存在响应速度慢、环境不友好等问题。随着纳米技术的发展，银纳米颗粒(Ag NPs)因其独特的电学和表面特性成为研究热点，但其传统合成方法常涉及有毒化学试剂。

为解决这些问题，研究人员采用姜黄(Curcuma longa)提取物开发了一种绿色合成方法制备Ag NPs，并构建了电阻型薄膜湿度传感器。该研究创新性地将植物提取物同时作为还原剂和封端剂，避免了化学合成过程中的环境污染问题。

研究团队通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等技术证实了Ag NPs的立方晶系结构和20-50 nm的球形形貌。传感器性能测试显示，在500 Hz工作频率下，该器件对5-98% RH范围表现出优异的线性响应，灵敏度因子(S_f)高达2078，远超常规传感器。

关键技术方法包括：1) 姜黄提取物介导的Ag NPs绿色合成；2) 旋涂法制备Ag NPs薄膜传感器；3) 自制湿度测试系统评估性能；4) 多种表征技术分析材料特性。

研究结果方面：

1. UV-Visible光谱分析显示Ag NPs在429 nm处具有特征表面等离子体共振(SPR)峰，证实纳米颗粒形成。
2. XRD显示(111)、(200)、(220)和(311)晶面衍射峰，证实面心立方结构，平均晶粒尺寸31 nm。
3. FE-SEM显示球形颗粒和丰富孔隙结构，为水分子吸附提供大量活性位点。
4. 传感器性能测试表明，500 Hz为最佳工作频率，响应/恢复时间分别为28秒和47秒，滞后效应仅2.8% RH。

研究结论指出，这种基于绿色合成Ag NPs的湿度传感器具有高灵敏度、快速响应和良好稳定性，其性能源于纳米颗粒的独特表面特性和多孔结构。该工作不仅提供了一种环境友好的纳米材料合成方法，还为智能包装、农业监测等领域的湿度传感应用开辟了新途径。

特别值得注意的是，该传感器在30天的长期测试中保持稳定性能，表明其在实际应用中具有可靠性。研究人员提出的生物质还原合成策略，为其他功能性纳米材料的绿色制备提供了重要参考。这项发表在《Sensing and Bio-Sensing Research》的工作，展示了可持续纳米技术在环境传感领域的应用潜力。