近日，复旦大学信息科学与工程学院微纳系统中心詹义强教授课题组开发出具有超快恢复速度的无铅双钙钛矿Cs2BiAgBr6湿度传感器。4月15日，有关研究成果以“Lead‐Free Cs2BiAgBr6 Double Perovskite‐Based Humidity Sensor with Superfast Recovery Time”为题发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）杂志。在钙钛矿湿度响应的研究中，课题组创新地揭示了一种不同于传统钙钛矿材料和水分子相互作用的湿敏机理——可逆的物理吸附和解吸附。这一研究成果将在湿度响应领域为无铅双钙钛矿材料带来十分广阔的应用前景。

图1 快速响应和恢复的无铅双钙钛矿湿度传感器的响应曲线和作用机理

       有机无机杂化钙钛矿材料具有优越的光电性能，在包括太阳能电池，发光二极管以及光电探测器等光电应用的研究中得到学者和业界的广泛关注。但这种材料的重金属毒性和在空气中的不稳定性，阻碍了其商业化的进程。詹义强课题组开发出的新型的无铅双钙钛矿材料Cs2BiAgBr6不仅具有良好的光电性能，而且在大气环境下具有很好的稳定性。

       詹义强课题组在研究该材料的过程中发现其具有的优异的湿敏特性。通过分析该材料在不同的温度下的湿度响应，发现水分子在无铅双钙钛矿表面的吸附效应是材料的主要湿敏机理。课题组又针对目前市场上湿度传感器普遍存在湿度响应速度较慢，难以满足快速实时湿度监测的问题，开发出了一种基于无铅双钙钛矿的快速响应的湿度传感器，其响应和恢复速度可以达到1.78 s和0.45 s, 快于传统的陶瓷氧化物的湿度传感器的响应速度(~ 10 s)。这种超快响应的湿度传感器将在医疗呼吸监测，细胞培养湿度监测等方面具有广泛的应用前景。

图2 (a) 湿度传感器湿度响应电流曲线测试装置；(b) 湿度传感器湿度响应的电流曲线； (c) 湿度传感器的响应时间和恢复时间 (d) 随着测试次数增加，湿度传感器的响应时间和恢复时间的变化。

图 3 (a) 湿度传感器在不同湿度下的阻抗谱；(b) 在不同湿度条件下，湿度传感器的电容随着电压频率的变化曲线； (c-d) 不同湿度条件下（低湿度，高湿度）水分子在湿度传感器的吸附和质子电导过程。

       当前，复旦大学信息科学与工程学院正在面向新工科布局转型，加快推动新型工科人才培养工作。“无铅双钙钛矿的快速响应的湿度传感器”是继“新型体外自动除颤器”、“大视场低畸变高分辨率全景视觉系统”“骨超声诊疗仪”、“超薄单晶（010）β-氧化镓纳米片”之后取得的又一重要科研成果。该研究工作得到国家自然科学基金的资助(No: 61774046)。

       文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.201902234