介孔二氧化硅湿度传感器的合理设计

介孔二氧化硅通常用作湿度传感器的基质，其工作原理是依赖于相对湿度 (RH) 的吸水量并通过电阻 (R) 监测读出。 尽管大量研究致力于提高导电添加剂的灵敏度，但迄今为止尚未系统地研究孔结构对传感行为的作用。 本文展示了孔径和孔隙率对 0.5-85% RH 范围内电阻传感性能的影响。 在各种传感器中，中孔尺寸和线性 RH 传感范围之间存在明显的相关性。 具有较大孔径 (≈15 nm) 的传感器在 65 至 85% RH 范围内表现出线性响应，并且比具有较小孔径 (<8 nm) 的传感器具有更大的斜率 (ΔlogR/ΔRH)。 此外，在保持孔径大小的同时增加孔隙率，可以在 15-85% RH 范围内产生更好的整体传感器性能。 特别是，孔径约为 15 nm 和孔隙率 70% 的组合在测量范围内表现出较大的电阻与 RH 响应（R₀/R ≈ 10000），快速响应和恢复时间分别为 3 秒和 9 秒。 这些发现可以作为开发广谱高性能介孔传感器和专门设计用于在特定相对湿度范围内运行的传感器的指南。