柔性电子设备通常基于有机聚合物基底。本文，湖南大学Jianhui Wu等研究人员在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为"Ultrathin Glass-Based Flexible, Transparent, and Ultrasensitive Surface Acoustic Wave Humidity Sensor with ZnO Nanowires and Graphene Quantum Dots"的论文，研究利用氧化锌纳米线（NWs）和石墨烯量子点（GQDs）复合传感层，研制了一种柔性、透明、超灵敏的超薄玻璃基ZnO/玻璃表面声波（SAW）湿度传感器。

与文献中报道的基于柔性聚合物的SAW器件相比，它显示出更大的有效机电耦合系数和信号幅度。归因于ZnO NW的大比表面积，GQD的大量亲水官能团，以及GQD和ZnO NW之间的p–n异质结的形成，开发的ZnO /玻璃柔性SAW传感器显示出40.16的超高湿度灵敏度kHz /％RH，以及出色的稳定性和可重复性。这种柔性且透明的SAW传感器在弯曲角度为30°的弯曲表面上时，湿度传感和人体呼吸检测已经被进一步证明用于可穿戴电子应用，使用完全无机材料的超薄玻璃基设备。

图1.（a）H 2 O分子在复合传感层上的吸附机理示意图。

（b）基于ZnO NW和GQD的SAW传感器的制造过程示意图。

（c）器件包装在聚酰亚胺柔性印刷电路板（PCB）板上，并安装在1毫米厚的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）上。

（d）用于湿度感测的测试系统的示意图。

图2.沉积在柔性玻璃基板和敏感复合膜上的ZnO薄膜的特性

图3. 厚度为2.7μmZnO膜的柔性ZnO SAW器件的透射光谱（S 21，红线）和反射光谱（S 11，蓝线）与波长λ的关系：（a）λ= 20μm；（b）16微米；（c）12微米；（d）ZnO NW和GQD涂层前后SAW传感器的典型透射光谱（λ= 12μm）。

图4.（a）传感器在弯曲状态下的照片。（b）柔性湿度传感器（λ= 12μm，D7）在未弯曲和弯曲的条件下以30°角的频率偏移。

图5.（a）腕上柔性SAW湿度传感器和雾化器模拟环境湿度变化的实验装置示意图。

（b）对于波长为16μm的柔性声表面波传感器，共振频率偏移是环境中相对湿度的函数。

（c）用于手腕呼吸检测的柔性声表面波的实验装置示意图。

（d）在SAW装置波长为16μm的呼吸下经过五个循环后，柔性SAW湿度传感器中的谐振频率变化。

总之，一种高度灵活且超灵敏的ZnO /玻璃SAW湿度传感器，其中包含ZnO NW和GQD的复合敏感层。柔性SAW器件实现了3.5％的大有效机电耦合系数和45 dB的大信号幅度，比先前报道的相同配置的ZnO /聚合物SAW柔性器件高约400和180％。由于ZnO NW的比表面积大，GQD的大量亲水性官能团以及在GQD和ZnO NW之间形成p–n异质结，因此复合传感层可以显着提高柔性SAW器件的灵敏度。所有这些都可以显着增强水分子的吸附。超高湿度灵敏度为40。获得具有优异稳定性和可重复性的16 kHz /％RH。进一步证明，当柔性SAW传感器以30°的弯曲角度连接到弯曲表面时，它们的功能良好，而性能没有明显下降。最后，我们展示了可穿戴应用于湿度传感和人体呼吸检测，揭示了在人机交互（HMI）、空间定位和个人保健方面的潜在应用。

文献：

文章来源：材料分析与应用

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