在高性能湿度传感器及其在地质应用领域取得重要进展

来源：中国矿业大学资源与地球科学学院

? ? 近日，中国矿业大学资源与地球科学学院青年教师周昌、材料与物理学院“矿用传感器课题组”青年教师黄胜和湖北省第七地质调查局肖春金博士开展学科交叉研究，在高性能湿度传感器及其在重大地质灾害智能感知应用领域取得了重要进展。针对湿度传感器灵敏度较低的问题，报道了一种基于无铅钙钛矿量子点(CsPdBr₃ QDs)的高性能传感器，并创新性的将其应用于非饱和土水力学特征参数的无损非接触式测量。

图1. 非接触式测量土壤力学性能示意图

该工作采用原位自旋涂覆法合成了具有较高比表面积的CsPdBr₃量子点，并制备出基于CsPdBr₃量子点的湿度传感器。随后通过第一性原理计算揭示了其湿敏机制：Pd-O键的形成提升了CsPdBr₃量子点与H₂O分子的相互作用力。该湿度传感器具有优异的响应/回复时间（0.68/2.43 s），可用于监测人体呼吸和非接触开关，其测量范围为4.7%RH~88.9%RH。该工作首创了基于高性能湿度传感器的非接触式监测土壤力学性能方法，并应用于工程地质领域，实现非饱和土无损非接触式测量，进一步通过公式推导，奠定了该测量方法的理论基础，并与传统方法进行对比验证，获得了稳定可靠的实时无损检测土壤力学性能手段。该工作不仅为高性能钙钛矿湿敏材料的研发提供了新思路，而且为地质工程领域中非饱和土水力学特性的智能感知提供了新方法。

图2 CsPdBr₃ 量子点材料结构表征

图3. 基于CsPdBr₃量子点湿度传感器工作性能

图4. 非饱和土水力学特性测量

据悉，高性能传感器及其核心零部件是我国面临的“卡脖子”技术之一。我国《十四五”国家应急体系规划》中将重大自然灾害的智能感知列为重点任务之一，然而目前传统基于金属氧化物的传感器已难以满足需求，因此研发新型高性能传感器是实现重大自然灾害智能感知的关键之一。

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