基于担载功能活性物质的介孔材料纳米湿度传感器研究

湿敏材料是决定湿度传感器性能的关键，探索新型的湿敏材料并改善其湿敏性能一直是研究者致力解决的问题。我们已经实现了典型的湿度活性物质LiCl在几种代表性纳米介孔材料中的组装，并利用这些材料开发了全湿度量程传感器。在此基础上，本项目将设计新型主-客体湿度敏感材料，以纳米介孔二氧化硅为"主体"、以碱金属盐和金属氧化物等湿度活性物质为"客体"。依据客体材料的结构、尺寸、物性和浓度，设计介孔纳米二氧化硅的结构参数，通过调控软模板的种类以及反应条件制备所需的介孔材料。研究主-客体材料的湿度感知机理，明确不同湿度范围内水-主体、水-客体、水-主体、客体的相互作用，特别是主体-客体两者对水分子的协同作用。作为应用事例将开发LiCl/SBA-15湿敏材料，通过研究SBA-15的孔结构、担载LiCl的浓度与湿敏特性的关系，获得材料的最佳组成，开发可实现全湿度量程测试的高性能纳米湿度传感器。

本项目以几种新型的主客体介孔复合材料体系为对象，研究了它们担载湿度敏感物质后构成湿度传感器的性能。研究工作主要包括了三个方面：（1）以传统的LiCl为湿度活性物质，将其分别组装到介孔二氧化硅SBA-15和SBA-16的孔道中，研究该材料体系的湿敏性能，该介孔复合体系在全湿度量程内表现出良好的湿敏特性；（2）以传统金属氧化物（MgO、ZnO）为湿度活性物质，将其组装到介孔SBA-15的孔道中，调整适当比例的金属氧化物担载量，获得了该主客体系在全湿度量程的敏感特性；(3)将传统的金属氧化物半导体In2O3和WO3介孔化，增加敏感材料的比表面积及内部缺陷，大大提高了传统材料的湿度敏感活性。通过以上内容的研究，掌握了水分子在介孔材料中与湿度活性物质相互作用的行为，明晰了水分子与湿度活性物质的导电离子在介孔孔道中传输的行为，讨论了这种主客体敏感材料的的机理。