《Organic Electronics》：Electrochemically Tunable PEDOT:PSS Film for Surface Acoustic Wave-Based Humidity Sensing
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N. Abdallah | A. Westrelin | P. Debaveleeare | M. Lefebvre | S. Hamade | O. Stienne | B. Hafsi
法国里尔大学、法国国家科学研究中心（CNRS）、里尔中央理工学院、上法兰西理工大学、UMR
N. Abdallah | A. Westrelin | P. Debaveleeare | M. Lefebvre | S. Hamade | O. Stienne | B. Hafsi
法国里尔大学、法国国家科学研究中心（CNRS）、里尔中央理工学院、上法兰西理工大学、UMR 8520 - IEMN，Lille 59000
摘要
在商业和工业应用中，对湿度检测的需求不断增加，这推动了基于多种技术的湿度传感器的快速发展。其中，表面声波（SAW）技术因其固有的优势（包括紧凑的尺寸、高灵敏度和简单的操作原理）而成为一种有前景的解决方案。在这项研究中，我们展示了一种基于表面声波（SAW）的湿度传感器，其活性传感层采用了一种功能性聚合物薄膜。该薄膜通过电化学自下而上的方法制备，使用单体3,4-乙二氧噻吩（EDOT）和聚电解质聚（4-苯乙烯磺酸钠）（PSS）在去离子水中沉积。循环伏安法被用来优化沉积过程，确保薄膜生长可控并且传感器的射频响应得以保持。最终制备的PEDOT:PSS薄膜通过光学显微镜和原子力显微镜（AFM）进行了全面的形态学表征。在受控环境中，使用矢量网络分析仪（VNA）评估了传感器的电性能。该传感器的最大灵敏度为16.8 ppm/%RH，检测限（LOD）为0.3 %RH。本研究进一步探讨了通过控制活性层表面来提高湿度灵敏度的方法，旨在改善吸附作用和选择性。这些发现有助于开发高性能的SAW湿度传感器，有望集成到紧凑型、低功耗的监测系统中。
章节摘录
引言
湿度是一个关键的环境因素，对日常生活中的许多领域都有显著影响。除了确保人体舒适度外，准确监测和控制湿度在各种制造和存储环境中对于保持最佳生产质量至关重要[1]、[2]、[3]。
目前关于湿度传感器的研究主要集中在光学[4]、电阻式[5]、电容式[6]和基于声学谐振器的设备[7]、[8]上。虽然电容式和电阻式传感器具有某些优势
材料
实验中使用的3,4-乙二氧噻吩（EDOT，纯度≥97%）和聚苯乙烯磺酸钠（PSSNa，分子量约为70,000）均购自Sigma-Aldrich，无需进一步纯化。传感器制备在ST切割的石英衬底（Precision Micro-Optics Inc.）上，这种衬底常用于表面声波（SAW）应用。在整个水溶液的制备过程中以及清洗步骤中都使用了去离子水（DI），以防止任何可能影响电化学聚合的离子污染
在SAW谐振器上进行EDOT:PSS电聚合
为了确保薄膜生长均匀并保持设备的声学性能，采用了循环伏安法。我们首先设置了一个宽的电压扫描范围来启动电聚合过程。图3.a显示了所得到的伏安图，它揭示了在-1V至1V的电位窗口内EDOT:PSS溶液的准可逆电化学行为。首先，单体被氧化，在1V处产生明显的阳极峰，从而形成了PEDOT:PSS聚合物。
结论
本文设计并表征了一种用于湿度检测的剪切水平表面声波（SH-SAW）谐振器。活性传感层基于PEDOT:PSS导电聚合物，通过电化学沉积直接生长在叉指换能器（IDTs）上，该技术能够精确控制薄膜的厚度、均匀性和形态。制备的传感器在测试的湿度范围内表现出稳定且可重复的响应
CRediT作者贡献声明
Sara Hamade：正式分析、研究、写作——审阅与编辑。Olivier Stienne：监督、方法论、概念化。Mathieu Lefebvre：软件、正式分析。Pierre Debaveleeare：软件、写作——审阅与编辑、验证、软件、方法论、资金获取、正式分析、数据整理。Nour Abdallah：写作——审阅与编辑、初稿撰写、可视化、验证、方法论、研究、资金支持
数据可用性
支持本研究的所有数据都公开存储在GitHub链接中：
资助
作者感谢以下机构的财政支持：上法兰西大区、通过“STIMulE-STIP”项目资助的法国国家科学研究中心（合同编号272894，COSMOS2，UMR 8520）以及法国国家纳米制造网络RENATECH在微纳制造领域的支持。
特别感谢Melanie Brouillard在SAW传感器制备过程中的帮助。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
Nour Abdallah目前是ICAM工程学院的兼职讲师。此前，她是法国里尔大学的化学硕士二年级学生。她在里尔ICAM工程学院和电子微电子与纳米技术研究所（IEMN）完成了硕士学位实习，参与了COSMOS2项目。在这项研究中，Nour专注于开发基于表面声波（SAW）传感器的联网和自主式传感平台。她的兴趣包括...
