高性能CCTO/NaCl复合湿度传感器的气溶胶沉积微结构调控及其在呼吸监测中的应用

本文推荐一种通过气溶胶沉积（AD）技术制备CaCu3Ti4O12/NaCl（CCTO/NaCl）复合薄膜的高性能湿度传感器，通过调控载体气体类型、NaCl粒径及退火工艺，显著提升低湿环境下的灵敏度（2561 pF/%RH）和响应速度（1 s/2 s），在环境监测与呼吸疾病（如COVID-19）实时追踪中具重要应用价值。

　　

实验方法

CCTO粉末（纯度：99.95%，中国西安功能材料集团）直接使用未进一步纯化。NaCl（纯度：99.5%，韩国Samchun纯化学公司）经初步研磨过筛（ASTM 200目）后，以1.358:1的球粉比和300 rpm转速，使用10 mm与5.4 mm氧化锆球（比例1:2）进行球磨，制备4、24和48小时三种研磨时间的NaCl粉末样品。

载体气体类型对结晶性、介电特性及湿度传感性能的影响

颗粒形态、粒径分布（PSD）和尺寸分布是AD沉积陶瓷薄膜的关键前提。图2展示了CCTO粉末的SEM形态和PSD分析，中值粒径（D₅₀）为2.8 μm（图2(b)）。值得注意的是，粒径超过2 μm的粉末有助于形成多孔薄膜结构[29]。此外，棱角分明的颗粒通过提高沉积成功率和均匀薄膜形成，展现出更优的工艺兼容性。

结论

本研究通过AD技术制备了高性能CCTO/NaCl基湿度传感器，用于湿度检测与呼吸监测。探讨了不同载体气体对CCTO薄膜湿度传感性能的影响，并评估了NaCl粒径对传感器微结构及传感性能的调控作用。通过采用不同载体气体和NaCl粒径的AD工艺制备CCTO/NaCl传感层，结合400°C后退火处理，显著优化了薄膜的介电性能和传感特性。空气作为载体气体提升了表面粗糙度，促进水分子吸附；NaCl的引入增强了低湿环境下的电荷传输，从而大幅提高灵敏度（2561 pF/%RH）和响应速度（1 s/2 s）。该传感器在环境监测与呼吸健康追踪领域具广泛应用潜力。