氣流傳感器作為傳感器家族的重要成員，在航空航天、天氣預報、采礦業、環境監測、生物醫學工程、電子皮膚、可穿戴紡織品和集成智能設備等領域得到了廣泛應用，并發揮著至關重要的作用。盡管目前對氣流傳感器進行了大量的研究，但在潮濕多雨的環境下，仍然難以保持超低的檢測限、短的響應時間和恢復時間，這影響了其實際應用。

據麥姆斯咨詢報道，近日，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所（Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics, Chinese Academy of Sciences）、常州大學（Changzhou University）和新加坡國立大學（National University of Singapore）的研究人員聯合開發了一種基于柔性超疏水碳納米管纖維薄膜的高性能橋式氣流傳感器，該傳感器不僅具有超低的檢測限、快速的響應和恢復等優異的靈敏性能，而且在實際應用中還可以排除水分或水滴的影響。與先前報道的柔性碳基氣流傳感器相比，響應時間和恢復時間都縮短了。該傳感器不僅能靈敏地檢測環境氣流，而且在呼吸健康監測中也表現出優異的性能。相關研究成果以“A Robust Bridge-Type Airflow Sensor Based on Flexible Superhydrophobic Carbon Nanotube Fiber Thin Films”為題發表在Advanced Materials Interfaces期刊上。

在這項工作中，碳納米管纖維薄膜（CNTF）超疏水結構的制備分為三個步驟，首先是合成超疏水復合材料；然后，構建CNTF粗結構；最后，制備出CNTF超疏水結構（CNTF-PPPS）。采用浮動催化劑化學氣相沉積方法（FCCVD）合成CNTF，在CNTF表面構建粗結構。基于超疏水碳納米管纖維薄膜的柔性橋式氣流傳感器的主要傳感單元是CNTF-PPPS敏感元件，具有優異的超疏水性、超薄性和優異的柔韌性，以及從大變形中快速恢復的能力。傳感器的基底是由柔性丙烯酸透明雙面膠帶（AATDSA）構成的橋式結構。敏感元件通過銅箔電極與基底相連。柔性AATDSA的防水性能、耐高溫性、柔韌性、延展性和牢固的粘附性使得傳感器易于與不同表面（如衣服、皮膚和墻壁）貼合，以便在粘附后進行氣流檢測。

柔性橋式超疏水碳納米管纖維薄膜氣流傳感器的敏感元件制備、掃描電子顯微鏡（SEM）圖像、能譜分析結果、工作原理和性能。

所制備的柔性橋式氣流傳感器具有超高靈敏度、快速響應和恢復、多角度響應、優異的穩定性和重現性、檢測范圍廣等特點。該傳感器之所以能夠具有優異的穩定性和重現性，主要是因為其采用碳納米管纖維薄膜作為基本導電骨架，其具有優異的導電性、穩定性、柔韌性和變形自恢復能力。在所有的碳基材料氣流傳感器中，所開發的氣流傳感器是目前響應和恢復時間最短的氣流傳感器之一。與之前報道的傳感器的檢測范圍和響應時間比較可知，該CNTF-PPPS傳感器的檢測下限為0.1 m/s，快速響應時間為0.2 s。這種CNTF-PPPS傳感器綜合性能優異，可用于各種環境和工業生產中的氣流檢測。

氣流傳感特性

研究人員證明了CNTF-PPPS氣流傳感器在下雨和高濕度環境中的氣流檢測能力（無論傳感器的傾斜角度如何）。雨滴不會影響氣流傳感器的性能。目前，對超疏水氣流傳感器的研究很少。在很多應用環境中，水總是與氣體共存，這表明CNTF-PPPS超疏水氣流傳感器具有廣闊的應用前景。

水滴對CNTF-PPSS氣流傳感器影響的研究

CNTF-PPPS氣流傳感器在氣流檢測中表現出高靈敏度、快速響應和恢復的優異性能。考慮到呼吸過程中存在氣流變化，研究人員也探索了氣流傳感器對呼吸的傳感特性。結果證明了CNTF-PPPS氣流傳感器呼吸特性的檢測主要受氣流的影響，而溫度增加了傳感器的傳感特性。CNTF-PPPS氣流傳感器表現出實時性、穩定性、快速性和可靠性的優點，這使得該傳感器能夠進行呼吸識別。

CNTF-PPPS氣流傳感器在呼吸檢測中的傳感性能

總而言之，研究人員開發了一種柔性橋式超疏水碳納米管纖維薄膜氣流傳感器，該傳感器不僅具有超低的檢測限、快速響應和快速恢復的靈敏性能，而且在實際應用中排除了水分或水滴的影響。采用碳納米管薄膜作為基本導電骨架，在碳納米管薄膜表面引入超疏水結構。通過與橋式柔性基底的巧妙結合，構造出用于氣流檢測的傳感器。該傳感器具有靈敏度高、穩定性好、可靠性好、多角度檢測、檢測范圍廣、響應速度快、和恢復能力強等特點。結果表明，該傳感器能夠檢測到流速為0.1 m/s的氣流，響應時間為0.2 s，恢復時間為0.35 s。同時，獨特的超疏水結構賦予了該傳感器在雨水和高濕度環境中檢測氣流的能力。該傳感器除了在氣流檢測方面表現出色外，在呼吸檢測方面也表現出良好的靈敏度、即時性、快速性和檢測精度，使其成為監測人類心肺功能和睡眠質量以及呼吸識別的潛在候選者，從而顯示出廣泛的應用前景。

審核編輯：劉清