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  近年來，形態可控的納米銀因為特有的電性能在生物傳感器、納米馬達和仿生電子膜等領域得到極大關注。盡管各種復雜結構的納米銀已被廣泛報道，但合成主要依靠化學方法，且反應條件、反應參數要求苛刻。同時，基于一維納米尺度下晶體的排列形態精確可控仍是一個挑戰。例如，目前報道的依靠纖維分布的銀納米粒子能實現電子的定向傳導，但銀納米粒子在纖維中是不均勻和無法精確控制的分布，這勢必影響其在更小尺度的電子定向敏感和傳導性。

  近日，西南交通大學鄭曉彤課題組開發了一種新的合成方法，結合靜電紡絲技術和原位UV輻照在室溫下得到一維成對定向排列的銀納米鏈（AgNLs）。這種AgNLs不同于傳統的銀納米線（AgNWs），它是依靠銀納米晶體沿著纖維模板的平行界面，實現更小定向尺度的單顆粒自組裝。在整個過程中，從銀離子到銀單質的定向合成，PVP聚合物分子鏈發揮了重要的模板效應，比如：在溶液混合過程起到絡合模板作用、在靜電紡絲過程起到電場遷移作用、以及在原位UV輻照過程起到分子定向拉伸作用（圖一）。

圖一 納米纖維中單顆粒自組裝成對定向排列的銀納米鏈的示意圖

  正如圖二所示，該合成方法得到的AgNLs依靠納米尺度的晶體排列結構，展現出對水分子的多級梯度吸附能力，并對低濕、中濕、高濕環境體現出不同的電子敏感和傳導特性。相比傳統的線性響應濕度傳感器，以AgNLs為基構造的濕度傳感器（ABHS），在一維納米尺度下顯示出對低相對濕度有更好的靈敏性能。

圖二 AgNLs吸附水分子產生的點傳導特性

  在實際應用中，ABHS可用于環境濕度監測系統，這個監測系統包含一個實時電阻的記錄表和ABHS構造的電路循環系統，利用黃、綠、紅三種LED燈顯示環境濕度的程度。結果顯示，無論是濕度低于11%，還是濕度在95%以上，三種顏色的燈都能根據濕度變化產生快速、準確的響應（圖三）。

  同樣，如圖四所示，ABHS也可很好地應用于低濕度下的非接觸式指紋傳感器。無論是干燥或者潮濕的手指，只要靠近ABHS，電阻會發生明顯地減小；當手指離開后，電阻會因為傳感器的濕度變化而恢復，但兩種狀態的恢復時間不同。因此，可以利用這個特性構建電阻響應的閾值和恢復時間范圍，從而設計一種重復性高、穩定性強的超敏非接觸式指紋傳感器。

圖三 ABHS用于環境濕度監測系統

  他們進一步構建了實時的呼吸監測傳感器，利用AgNLs吸附不同水分子產生不同電導性的特點，ABHS能很好地對“健康”、“虛弱”、“運動”、“生病”四種狀態，也就是呼吸頻率為20, 25, 35 和15 次/分鐘的狀態產生不同的電信號。同時，也可以定量監測和評估睡覺前和睡覺后的呼吸狀態，這為實時監測有呼吸疾病的病人在睡覺過程提供了很好的保護作用。

圖四 ABHS用于非接觸式的指紋濕度傳感和呼吸監測系統

  該研究成果在國際頂級學術期刊《Nano Energy》上發表，西南交通大學材料科學與工程學院生物醫學工程專業碩士生何靜為該工作第一作者，該生導師鄭曉彤為第一通訊作者。電性能相關測試得到楊維清教授及團隊的大力支持。

  原文鏈接：

  Jing He, Xiaotong Zheng, et al. Pair directed silver nano-lines by single-particle assembly in nanofibers for non-contact humidity sensors. Nano Energy. (2021) .

  https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106748