基于亚微米级TiO2花状结构的高性能湿度传感器及其在呼吸监测中的应用

本文报道了一种基于亚微米级TiO2微花（T-MFs）结构的新型湿度传感器，其响应值（SR～1×107）显著优于纳米颗粒（T-NPs）和纳米圆片（T-NDs）。该传感器展现出卓越的线性度（R2>0.98）、超低滞后（0.4%）和100天长期稳定性，为呼吸分析（breath analyzer）和工业湿度监测提供了突破性解决方案。

　　

Highlight

本研究成功合成了具有三维花瓣形态的TiO₂微花（T-MFs），其超大比表面积和高结晶度赋予其卓越的湿度传感性能。与TiO₂纳米圆片（T-NDs，S_R～1×10⁵）和纳米颗粒（T-NPs，S_R～9×10⁴）相比，T-MFs传感器展现出惊人的响应值（S_R～1×10⁷），刷新了同类材料的性能记录。

Results and discussion

通过形貌分析和能带结构表征发现，T-MFs独特的分级孔隙结构和高密度氧空位缺陷（oxygen vacancies）大幅提升了水分子吸附效率。在44%-90%相对湿度（RH）范围内，传感器表现出近乎完美的线性响应（R²>0.98），响应/恢复时间比传统材料缩短50%以上。老化实验证实，即使在100天后其性能衰减仍小于5%，这种"超长待机"特性使其成为可穿戴健康设备的理想选择。

Conclusion

T-MFs传感器凭借"三高"特性——高灵敏度（high sensitivity）、高稳定性（high stability）和高线性度（high linearity），为呼吸疾病筛查（如睡眠呼吸暂停综合征）和工业精密控湿提供了全新解决方案。其花瓣状结构犹如天然的水分子捕手，为下一代智能医疗传感器设计提供了仿生学启示。