综述:精心设计的智能响应传感材料在柔性气体传感器中的开发应用

【字体: 时间:2025年09月07日 来源:Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry 5.3

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  这篇综述系统阐述了柔性气体传感器的前沿进展,重点探讨了通过精确合成与结构优化(如异质结构建、贵金属修饰、杂原子掺杂)设计敏感材料(SMOs/MXenes/MOFs等)的策略,创新性提出"化学微环境"概念从分子-原子层面阐释传感机制(涉及电子/质子/离子迁移模型),为开发兼具高灵敏度、选择性和生物相容性的下一代智能穿戴设备(IoTs/AI集成)提供理论指导。

  

敏感材料在柔性气体传感器中的突破

随着人工智能(AI)和物联网(IoTs)的发展,柔性气体传感器作为智能穿戴的核心组件,在医疗诊断、环境修复等领域展现出独特优势。敏感材料的设计直接决定传感器的灵敏度、选择性和稳定性,金属氧化物半导体(SMOs)、过渡金属二硫属化物(TMDCs)、导电聚合物等材料通过异质结构建和表面功能化,显著提升了对NH3/NOx/VOCs等气体的检测性能。

分子层面的传感机制革新

研究创新性提出"化学微环境"概念,揭示气体分子与材料表面活性位点(如酸性位点、暴露晶面)的相互作用机制。电子迁移模型表明,贵金属(如Pt/Au)修饰可通过化学敏化效应加速O2-吸附,而质子传导机制解释了水凝胶材料在湿度环境下的快速响应特性。

柔性集成的技术挑战

当前柔性传感器仍面临材料-基底界面稳定性、机械耐久性等瓶颈。新兴的纳米纤维素基底和转印技术为柔性集成提供新思路,而机器学习辅助的多参数分析有望解决交叉敏感性难题。

未来发展方向

下一代传感器将聚焦于仿生电子皮肤开发,通过MXenes与MOFs的协同设计实现ppb级检测,同时满足生物相容性(ISO 10993标准)和实时通讯(5G)需求,推动个性化医疗和环境智能监测的跨越式发展。

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