介孔二氧化矽濕度感測器的合理設計

介孔二氧化矽通常用作濕度感測器的基質，其工作原理是依賴相對濕度​​ (RH) 的吸水量並透過電阻 (R) 監測讀取。 儘管有大量研究致力於提高導電添加劑的靈敏度，但迄今尚未有系統地研究孔結構對感測行為的作用。 本文展示了孔徑和孔隙率對 0.5-85% RH 範圍內電阻感測性能的影響。 在各種感測器中，中孔尺寸和線性 RH 感測範圍之間存在明顯的相關性。 具有較大孔徑 (≈15 nm) 的感測器在 65 至 85% RH 範圍內表現出線性響應，並且比具有較小孔徑 (<8 nm) 的感測器具有更大的斜率 (ΔlogR/ΔRH)。 此外，在保持孔徑大小的同時增加孔隙率，可以在 15-85% RH 範圍內產生更好的整體感測器性能。 特別是，孔徑約為 15 nm 和孔隙率 70% 的組合在測量範圍內表現出較大的電阻與 RH 響應（R₀/R ≈ 10000），快速響應和恢復時間分別為 3 秒和 9 秒。 這些發現可以作為開發廣譜高性能介孔感測器和專門設計用於在特定相對濕度範圍內運行的感測器的指南。