面向可穿戴设备的柔性、透明气体传感器研究综述与展望

随着社会经济的快速发展以及工业化、城市化水平的不断提高，大气污染问题日益严峻。开发实时、高效、可穿戴的气体传感器将有助于危险气体的实时预警、灾害事故现场防护设备失效指示和污染气体的有效治理等。与此同时，人体呼出气中的气体种类及含量与人体健康密切相关，开发可潜在集成到可穿戴设备的薄膜传感器并应用于人体呼出气中的疾病标志性气体检测，是实现疾病的非侵入、无痛、便捷诊断的关键。结合当前柔性电子学器件快速发展的契机，将柔性、透明的气体薄膜传感器集成于各类可穿戴电子设备中，有望得到对气体的室温、实时、特异性响应的智能可穿戴电子学集成设备。因此，面向可穿戴设备的柔性、透明气体传感器对于环境污染气体的实时监控及医学诊断无损化的发展均具有较大的研究意义和应用前景。

目前，利用气体分子在半导体纳米材料中的掺杂是构建电阻型气体传感器的有效途径；然而为了实现气体分子在纳米颗粒表面的快速脱附，常需200℃以上的高温或者紫外光照射等辅助技术。尽管基于半导体纳米材料的气体传感器表现出了优异的传感响应性及选择性，但附加的高温或者紫外光照射等辅助技术极大地限制了柔性、透明室温传感器的发展。基于碳纳米材料的气体传感器通常可实现室温气体传感，并可在柔性基底上构建传感器，但气体传感响应较低。导电聚合物基薄膜传感器表现出了良好的室温气体传感性能，传感响应较高，但存在薄膜透明性、传感稳定性不足的缺陷。因此，通过可控组装技术构筑纳米复合材料及实现柔性、透明薄膜的均匀沉积制备，结合室温传感材料的优点和协同效应，有助于构建高性能柔性、透明气体传感器。

近来，北京化工大学孙晓明教授、万鹏博副教授与新加坡南洋理工大学陈晓东教授、深圳大学张晗教授等合作，在所构筑的柔性、透明、自修复薄膜传感器等系列工作的基础上，全面系统地回顾了近年来基于半导体纳米材料、碳材料、导体聚合物等材料构建的柔性、透明气体传感器；系统总结了提升柔性、透明性、传感性能的策略，包括传感材料形貌的控制、材料的组装方式、薄膜的均匀沉积、基底的选择与优化等；提出了已有的柔性、透明传感器的不足，如有机挥发气体特异性快速检测难、实际应用时对环境变化敏感、便携可穿戴性及信号无线传输性能欠佳等；并展望了面向可穿戴设备的柔性、透明传感器的进一步发展方向，比如进一步实现和改进多种气体同时检测、传感的环境稳定性、便携可穿戴设备的多功能集成性、传感器的微型化和传感信号向Ipad、手机、Watch类等设备的无线传输集成性等。这将为未来柔性、透明、可穿戴气体传感器的发展提供新的研究思路和理论依据。相关成果在线发表在Small（DOI: 10.1002/smll.201601049）上。

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