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PEDOT:PSS、メチルレッド、酸化グラフェン材料を使用した高感度でフルレンジの検出可能な湿度センサーを開発

Hanyang Universityらの研究グループが、PEDOT:PSS、メチルレッド、酸化グラフェン材料を使用した高感度でフルレンジの検出可能な湿度センサーを開発しました。

この研究成果は、Scientific Reportsに掲載されています。


この記事は下記論文の紹介記事です。

論文:

Hassan, Gul, Memoon Sajid, and Changhwan Choi. "Highly Sensitive and Full Range Detectable Humidity Sensor using PEDOT: PSS, Methyl Red and Graphene Oxide Materials." Scientific Reports 9.1 (2019): 1-10.

https://www.nature.com/articles/s41598-019-51712-w


相対湿度(RH)の検知は、湿度のよって機能を損なう材料に対して原因の監視や、湿度の制御を求められる産業や宇宙環境において大きな注目を集めています。

湿度センサは、抵抗、キャパシタンス、屈折率、インダクタンス、圧電応答性などのような様々なパラメータの変化を監視することによって、周囲の環境中の量の水分を検出するように設計されています。特に、抵抗性および容量性センサーは、低コスト、容易な製造、環境に優しい性質、および直接的な電気的読み取りを可能にする電子回路とのシームレスな統合から高い関心を集めています。


低コスト、使いやすさ、長寿命で動作温度が低いなどのいくつかの利点を備えた湿度センサーが既に実証されていますが、依然として低感度と限られた検出範囲が主な課題です。

これらの課題を克服するために、研究者はさまざまな材料と製造技術を使用して開発を行ってきました。しかし、費用対効果が高くフルレンジで検出可能な湿度センサーを実現するための研究はまだなされていません。


このような背景から、同研究グループは、酸化グラフェン(GO)、ポリスチレンスルホン酸をドープしたポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)を使用して、直列に接続された複数のインターデジタルトランスデューサー(IDT)電極に基づく高感度でフルレンジの検出可能な湿度センサーを開発し、機能を確認しました。





すべての範囲のRHレベルを検出できる高感度湿度センサーは、PEDOTを使用して直列に接続されたIDT電極を使用して実証されました。


導電性ポリマーPEDOT:PSSベースのセンサー部分は、25%RHから75%RHの中間の湿度レベルに直線的に反応します。これは、電子電流の増加による抵抗低下を引き起こす単純な吸着にリンクしています。

メチルレッドベースの活性領域は、25%RHから100%RHのより高い湿度レベルに対して線形センシング応答を示します。これは、物理吸着された水分子とヒドロキシルイオンによるイオンおよび双極子ベースの分極と相関しています。

GO薄膜ベースのアクティブ領域は、0%RHから75%RHの低湿度レベルに対して線形の検知応答を示し、検知メカニズムは、イオン伝導をもたらすヒドロキシルイオンの化学吸着によって解釈できます。


そして、インクジェットプリンターによって柔軟なPET基板上に製造された3つの インターデジタルトランスデューサー (IDT)とスピンコーティングによって堆積されたアクティブ領域を使用すると、3つのアクティブなセンシング材料を組み合わせたセンサーは、0%RHから100%RHのフルセンシング範囲を実現できます。応答時間と回復時間はそれぞれ1秒と3.5秒でした。


単一の検知デバイスに複数のセンシング領域を有する今回のアプローチは、単一のトランスデューサベースの検知デバイスに代わるものと期待されるとのことです。



#センサー #湿度 #ピエゾインクジェット


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