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離子液體在超快速響應(yīng)低濕度傳感器中的應(yīng)用

2024-08-30 12:32:49 sh默尼 11

精確監(jiān)測(cè)水分子甚至在極端干燥環(huán)境中定位水源，對(duì)鋰離子電池和半導(dǎo)體設(shè)備的制造、管道漏水地點(diǎn)的監(jiān)測(cè)以及尋求水源都至關(guān)重要。這些潛在應(yīng)用需要高靈敏度、高分辨率、優(yōu)異耐用性的低濕度傳感器。目前已報(bào)道了許多低濕度傳感器，但大多數(shù)報(bào)道的低濕度傳感器靈敏度低、分辨率差，不適合精確監(jiān)測(cè)水分子。因此，開發(fā)性能優(yōu)異的低濕度傳感器至關(guān)重要。


金屬有機(jī)框架(MOFs)由金屬團(tuán)簇（二級(jí)建筑單元，SBUs）和有機(jī)配體自組裝制備而成，具有高穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)可調(diào)性和高孔隙率。有目的地選擇配體、基團(tuán)和SBUs可制備具有特定功能的MOFs。基于前人的實(shí)驗(yàn)研究和理論計(jì)算可知，MOFs是一種很有前途的濕度傳感功能材料。然而，MOFs的電導(dǎo)率低、親水性有限。因此，制備高性能的MOF低濕度傳感器仍然具有很大挑戰(zhàn)。離子液體具有可調(diào)的親水性、高離子電導(dǎo)率和穩(wěn)定性等，在低濕度傳感領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。目前，基于離子液體的傳感器主要是將離子液體物理加載到材料上，容易發(fā)生泄漏。因此，通過合理設(shè)計(jì)高穩(wěn)定的離子液體基材料以減少離子液體的泄漏是至關(guān)重要的。

基于此，來自吉林大學(xué)的費(fèi)騰和張彤團(tuán)隊(duì)受自然界中海膽通過刺來感知周圍環(huán)境為靈感，利用點(diǎn)擊反應(yīng)和位阻效應(yīng)合成了一種離子液體修飾的MOF，用于低濕度變化的監(jiān)測(cè)，還對(duì)組成的傳感器在可視化濕度監(jiān)測(cè)以及水源定位方面的應(yīng)用進(jìn)行了探索。

首先，研究者合成了MOF-x-IL并制造了低濕度傳感器。通過溶劑熱反應(yīng)和羧基-氨基縮合反應(yīng)合成了MOF-x-SH，再通過點(diǎn)擊反應(yīng)將離子液體均勻引入到MOF骨架中，可以批量制備低濕度傳感器。離子液體被限制在MOF骨架外，像海膽的刺一樣，能增加與環(huán)境的接觸面積。對(duì)制備的MOF-x-IL、MOF-x-SH進(jìn)行了XRD和FT-IR表征，證明了MOF-x-IL的成功制備，還對(duì)MOF-x-IL進(jìn)行了TG測(cè)試，證明了MOF-x-IL的熱穩(wěn)定性。并通過SEM、SEM-EDS、TEM對(duì)其形貌進(jìn)行了研究，證明了離子液體在MOF骨架上的均勻分布，形成了類似于海膽的核-殼結(jié)構(gòu)。

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