Nanodiamond/Ti 3 C 2 MXene‐coated quartz crystal microbalance humidity sensor with high sensitivity and high quality factor

石英晶体微天平 材料科学 湿度 复合数 傅里叶变换红外光谱 复合材料 化学工程 吸附 热力学 物理 工程类 有机化学 化学
作者
Yao Yao,Qiao Chen,Yanqi Li,Xianhe Huang,Weiwei Ling,Zhe-Miao Xie,Jiaqi Wang,Chang‐Ming Chen
出处
期刊:Rare Metals [Springer Science+Business Media]
卷期号:43 (6): 2719-2729 被引量:34
标识
DOI:10.1007/s12598-023-02564-x
摘要

Abstract To address the challenge of achieving both high sensitivity and a high quality factor in quartz crystal microbalance (QCM) humidity sensors, a nanodiamond (ND)/Ti 3 C 2 MXene composite‐coated QCM humidity sensor was fabricated. The material characteristics of ND, Ti 3 C 2 MXene, and ND/Ti 3 C 2 MXene composite were analyzed by transmission electron microscopy (TEM) and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. The experimental results demonstrated that the hydrophilic ND nanoparticles coated on Ti 3 C 2 MXene nanosheet prevented the self‐stacking of Ti 3 C 2 MXene and enhanced the sensitivity of Ti 3 C 2 MXene‐based QCM humidity sensor. Moreover, the high mechanical modulus of Ti 3 C 2 MXene material helped ND/Ti 3 C 2 MXene composite‐coated QCM humidity sensor to achieve a high quality factor (> 20,000). ND/Ti 3 C 2 MXene composite‐coated QCM humidity sensor exhibited a sensitivity of 82.45 Hz/%RH, a humidity hysteresis of 1.1%RH, fast response/recovery times, acceptable repeatability, and good stability from 11.3%RH to 97.3%RH. The response mechanism of ND/Ti 3 C 2 MXene composite‐coated QCM humidity sensor was analyzed in combination with a bi‐exponential kinetic adsorption model. Finally, the potential application of ND/Ti 3 C 2 MXene composite‐coated QCM humidity sensor was demonstrated through its frequency response to wooden blocks with different moisture contents.
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