Inkjet-printed wireless passive humidity sensor with ultrahigh sensitivity using ZnO/Ti₃C₂T x MXene nanocomposite

材料科学 聚对苯二甲酸乙二醇酯 纳米复合材料 湿度 光电子学 热液循环 电介质 灵敏度(控制系统) 介电常数 化学工程 极化(电化学) 介孔材料 纳米技术 X射线光电子能谱 石墨烯 纳米颗粒 MXenes公司 聚乙烯 插层(化学) 相对湿度 表面改性 无线 二氧化锡 离解(化学) 热传导
作者
S Li,Jiangrong Hou,Yanpei Xu,Liang Guo,Rui Zhang,Jinghong Pan,Qi Wang
出处
期刊:Measurement Science and Technology [IOP Publishing]
卷期号:37 (3): 035101-035101 被引量:2
标识
DOI:10.1088/1361-6501/ae309d
摘要

Abstract This study presents a highly sensitive, wireless passive humidity sensor that employs a ZnO/Ti₃C₂T x MXene nanocomposite, synthesized using the hydrothermal method. The sensor circuit was created on pre-cut polyethylene terephthalate substrates via inkjet printing, allowing for scalable production. Material characterization techniques such as x-ray diffraction, scanning electron microscopy, x-ray photoelectron spectroscopy, and Brunauer–Emmett–Teller verified the intercalation of ZnO nanoparticles within the MXene layers. This resulted in mesoporous structures with a surface area of 21.53 m 2 g −1 and a plethora of active sites. Operating on the principles of inductor–capacitor (LC) resonance, changes in humidity-dependent permittivity cause shifts in resonant frequency that can be detected wirelessly. The sensor exhibits an ultra-high sensitivity of 138 kHz/%RH in low humidity ranges (10%–60% RH) and 2734 kHz/%RH in high humidity ranges (60%–95% RH), maintaining stable performance over a 15 d period. This remarkable dual-range sensitivity is attributed to the synergistic proton conduction through the MXene’s functional groups and the oxygen vacancy-mediated dissociation of ZnO. Overall, the inkjet-printed LC sensor offers a cost-effective, robust solution for wireless humidity monitoring in sealed environments.
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