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•提出TeO?/rGO纳米复合材料，用于快速且稳定的湿度传感器。•在长期测试过程中，该传感器基线漂移极小。•湿度敏感机理取决于rGO的含量及湿度水平。引言在现代智能传感系统中，高性能湿度传感器是实现非接触式人机交互与非侵入式健康监测的关键组成部分，例如呼吸频率分析[1]、[2
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提出TeO?/rGO纳米复合材料，用于快速且稳定的湿度传感器。
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在长期测试过程中，该传感器基线漂移极小。
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湿度敏感机理取决于rGO的含量及湿度水平。
引言
在现代智能传感系统中，高性能湿度传感器是实现非接触式人机交互与非侵入式健康监测的关键组成部分，例如呼吸频率分析[1]、[2]、[3]、[4]。湿度数据也为制定有害物质泄漏的应急方案提供了重要依据。例如，在发生氯气泄漏的化工厂中，泄漏现场周边的湿度会由55%RH急剧升高至82%RH。尽管基于半导体材料的电阻式湿度传感器已取得显著进展，但满足高频动态监测的严苛要求仍面临巨大挑战[5]。目前，大多数商业或实验室制备的传感器虽具有较高的静态响应，但在快速变化的湿度环境下往往表现出明显的"记忆效应"以及迟缓的恢复速率，从而导致信号失真。为实现高响应通常需要具备丰富的表面活性位点以吸附水分子，然而矛盾的是，这往往会引发强烈的化学吸附，导致解吸困难、滞后明显且恢复时间延长。此外，这些传感器在长期运行过程中易受环境干扰，产生基线漂移，严重损害检测可靠性并阻碍实际应用[6]。因此，探索新型复合材料体系并在微观层面深入阐明其湿度传感机理，从而设计出兼具快速响应与优异稳定性的传感器，已成为材料科学与传感技术领域的研究热点[7]、[8]。
针对上述局限性，将金属氧化物半导体（MOX）与碳基纳米材料（如还原氧化石墨烯，rGO）结合构建异质结复合材料，已成为室温下实现高性能湿度传感的主流途径。该策略利用MOX的亲水性与rGO高载流子迁移率的协同效应，同时提升响应值与响应速度[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]。Zou等人成功提升了TiO?/rGO和α-Fe?O?/rGO复合材料的响应，但其器件仍存在动态响应迟缓的问题，响应/恢复时间分别为72 s/99 s和48 s/54 s。关键在于，rGO的层状结构在高湿度下易受水分嵌入影响，导致不可逆膨胀与结构重排[16]、[17]。这不仅会引发严重的滞后现象，还会使导电网络不稳定，造成显著的基线漂移。尽管如此，当前研究主要集中于通过成分调节最大化响应值，而复杂的内部电荷传输动力学仍未得到深入探索。具体而言，随着rGO负载量的变化，Grotthuss机制的离子传导与电子传导之间的竞争与转变仍需进一步研究。最终，对这些机理与稳定性问题的理解不足，阻碍了耐久且高性能湿度传感器的发展。
在此背景下，TeO?成为构建基于rGO的湿度传感复合材料的极具前景的MOX候选材料，这得益于其优良的化学稳定性以及实现快速湿度响应的潜力。Georgieva等人报道，真空共蒸镀的TeO?-Sn复合薄膜在20–90%RH范围内电阻变化超过四个数量级，同时具备快速响应与短恢复时间，凸显了其在实时湿度监测方面的应用潜力[18]。在我们先前的工作中，Te-TeO?复合材料同样在氨气检测中展现出优异的化学稳定性与长期传感稳定性[19]。然而，纯TeO?本征电阻较高，限制了其独立传感性能。因此，将TeO?与rGO相结合，可将TeO?的湿度吸附能力与稳定性同rGO的高电导率融为一体。此外，TeO?/rGO异质界面还可能调控界面电荷转移，平衡离子传导与电子传导通道，从而缓解高湿度下的导电网络不稳定性。据此，TeO?/rGO复合材料有望在室温下实现快速、稳定且耐久的湿度传感。
在本研究中，我们采用水热策略制备了rGO质量分数可控的TeO?/rGO纳米复合材料，并探讨了异质结界面对传感性能的影响。优化后的传感器不仅提供了高响应值，尤其在湿度条件下表现突出，还实现了秒级的响应/恢复速度。关键在于，该传感器在长期循环中展现出卓越的响应一致性与基线稳定性，有效解决了传统器件普遍存在的基线漂移问题。为揭示其内在机理，我们利用XPS验证了TeO?与rGO之间的强界面耦合，并结合原位FTIR进行了系统分析。我们提出了一种取决于rGO负载量与湿度水平的传导模型。具体而言，低rGO含量的样品在低RH下表现为水化学吸附诱导的电子传导，在高RH下则转变为协同的Grotthuss离子传导；而高rGO含量的样品在整个湿度范围内均呈现由rGO主导的电子传导。通过阐明这些演化中的传导规律，本研究为开发高速、超稳定的湿度传感器提供了关键的理论与实验依据。
章节摘要
TeO?的合成
TeO?材料通过空间限域热氧化技术制备。称取115 mg研磨后的高纯Te粉（99.99%，麦克林生化）作为前驱体，置于Al?O?舟的中心。为便于生长，在距前驱体2 mm处悬挂一块刚玉盖，形成半封闭反应构型。该设置可抑制Te蒸气的快速扩散，维持局部较高的蒸气压。热处理在
材料表征
首先通过X射线衍射（XRD）对制备样品的相组成与晶体结构进行分析。如图1a所示，纯TeO?的衍射图谱与四方晶系TeO?的标准卡片（JCPDS No. 65–8053）完全吻合。位于2θ ≈ 26.2°、28.7°、29.9°、37.4°、48.6°和55.3°处的强峰分别对应(110)、(111)、(102)、(200)、(212)和(221)晶面，证实了高纯度的晶体相。在TeO?/rGO的
结论
本研究开发了rGO含量可调的TeO?/rGO纳米复合材料，以阐明成分依赖性的湿度传感行为。结果表明，rGO含量在决定主导电荷传输通道与湿度响应极性方面起着决定性作用。适当的rGO含量（如TG2所示）能够实现TeO?与rGO之间有效的界面耦合，从而平衡水的吸附、电荷转移与传输动力学，以
CRediT作者贡献声明
Qiuxia Feng（丰秋霞）：撰写–审阅与编辑，撰写–初稿，方法论，调查研究，资金获取，形式化分析。Bei Yan（严北）：撰写–初稿，调查研究，形式化分析，数据整理。Yaofeng Fan（范尧峰）：数据整理。Leilei Zhao（赵蕾蕾）：验证，数据整理。Jiaqi Xu（许佳琪）：验证，数据整理。Su Zhang（张苏）：撰写–审阅与编辑，监督指导，资金获取。Xiaogan Li（李小干）：验证。
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的可能对本研究结果造成影响的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
Qiuxia Feng（丰秋霞）感谢山东省自然科学基金（ZR2021MF081）的资助。Su Zhang（张苏）感谢山东省自然科学基金（ZR2024QF297）的资助。
Qiuxia Feng（丰秋霞）|Bei Yan（严北）|Yaofeng Fan（范尧峰）|Leilei Zhao（赵蕾蕾）|Jiaqi Xu（许佳琪）|Su Zhang（张苏）|Xiaogan Li（李小干）
