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  柔性傳感器以其可折疊、可卷曲、可拉伸的特殊物理屬性和輕質(zhì)、便攜、低能耗等特點(diǎn)備受人們關(guān)注。二維（2D）過渡金屬硫族化合物（Transition metal dichalcogenides, TMDs）材料理論上具有最小的彎曲剛度，可以滿足柔性器件對(duì)電子功能材料的性能調(diào)控，因此被認(rèn)為是柔性電子領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力的候選材料之一。然而，大面積、圖案化和高質(zhì)量的2D TMDs材料往往需要較高的生長溫度，不利于其在柔性聚合物襯底上直接制備，這也制約了2D TMDs 材料在柔性電子領(lǐng)域的應(yīng)用。

  近日，西北工業(yè)大學(xué)黃維院士團(tuán)隊(duì)王學(xué)文教授課題組提出在柔性襯底上低溫合成大面積、圖案化和高質(zhì)量2D TMDs材料的方法，并且在柔性襯底表面直接原位集成了多種傳感器，包括溫度傳感器、生物電傳感器等。相關(guān)研究成果以“Large-scale Ultra-robust MoS₂ Patterns Directly Synthesized on Polymer Substrate for Flexible Sensing Electronics”為題發(fā)表在國際頂級(jí)期刊Advanced Materials上，柔性電子前沿科學(xué)中心李偉偉副教授、許曼章副教授和博士生高久偉為本文的共同第一作者，黃維院士和王學(xué)文教授為共同通訊作者。 該方法首先制備了超薄聚酰亞胺柔性襯底及可用于噴墨打印的水性前驅(qū)體墨水，通過調(diào)控墨水組分、溶劑比例，對(duì)MoS₂前驅(qū)體墨水的表面張力、粘度和密度進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)控，制備的前驅(qū)體墨水能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定噴射，并且通過調(diào)控前驅(qū)體的濃度，可以得到不同厚度的前驅(qū)體薄膜，基于此在聚酰亞胺襯底表面噴墨打印了敏感單元。之后引入氬氣保護(hù)，在氫氣輔助下實(shí)現(xiàn)了前驅(qū)體在較低溫度（350 °C）的熱分解與原位結(jié)晶，獲得了圖案化的MoS₂結(jié)晶薄膜（圖1），通過高分辨透射電鏡，進(jìn)一步確認(rèn)所得MoS₂由單晶組成的多晶相，其晶粒尺寸在10-20 nm之間，優(yōu)于類似溫度合成的MoS₂膜。此外，得益于超薄的MoS₂及和聚酰亞胺襯底之間的強(qiáng)粘附力，該MoS₂圖案具有極佳的力學(xué)穩(wěn)定性（曲率半徑4 mm時(shí)，電阻變化率<2%）、耐久性（>10000次彎折）以及化學(xué)穩(wěn)定性（耐丙酮、二甲基甲酰胺、紫外線等）（圖2）。

圖1噴墨打印和退火工藝相結(jié)合實(shí)現(xiàn)在聚酰亞胺表面直接生長MoS₂圖案。

圖2 制備的MoS₂薄膜的力學(xué)穩(wěn)定性。

  文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202207447

團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人介紹：

  王學(xué)文：西北工業(yè)大學(xué)教授、博導(dǎo)，柔性電子研究院副院長、柔性電子前沿科學(xué)中心副主任、陜西省柔性電子重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、先進(jìn)材料專家組成員。他長期致力于柔性傳感器研究開發(fā)，并探索柔性傳感技術(shù)在健康醫(yī)療、人機(jī)交互、環(huán)境監(jiān)測等戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。目前，承擔(dān)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目等國家級(jí)和省部級(jí)項(xiàng)目多項(xiàng)，主持柔性電子重大應(yīng)用橫向項(xiàng)目兩項(xiàng)。近十年來，在柔性電子材料研究中，已在Research、Science Advances、Advanced Materials、JACS等國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊發(fā)表研究論文70余篇，國際學(xué)術(shù)同行他引近六千次，獲授權(quán)國內(nèi)外發(fā)明專利10余項(xiàng)。相關(guān)研究成果被新華社、中央廣播電視總臺(tái)、《科技日?qǐng)?bào)》、《中國科學(xué)報(bào)》、《中國日?qǐng)?bào)》、《文匯報(bào)》以及Global Times、Materials Today等多家主流媒體報(bào)道。擔(dān)任20多個(gè)國際主流學(xué)術(shù)期刊的審稿人，擔(dān)任《材料導(dǎo)報(bào)》執(zhí)行編委、Soft Science期刊青年編委、“柔性電子”專刊客座編輯、Sensors專刊客座編輯、中國電子學(xué)會(huì)青年科學(xué)家俱樂部成員。2022年，入選國際先進(jìn)材料學(xué)會(huì)會(huì)士（FIAAM）、英國皇家化學(xué)會(huì)Nanoscale新銳科學(xué)家（Emerging Investigator）榜單、全球前2%頂尖科學(xué)家年度影響力榜單。

  黃 維：中國科學(xué)院院士、俄羅斯科學(xué)院外籍院士、亞太材料科學(xué)院院士、東盟工程與技術(shù)科學(xué)院外籍院士、巴基斯坦科學(xué)院外籍院士、國際歐亞科學(xué)院院士、亞太地區(qū)工程組織聯(lián)合會(huì)（FEIAP）主席。長期從事有機(jī)/塑料/印刷/柔性電子學(xué)等國際前沿學(xué)科研究，是中國有機(jī)電子學(xué)科和柔性電子學(xué)科的奠基人與開拓者。曾兩次獲得國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、四次獲得高等學(xué)校科學(xué)研究優(yōu)秀成果獎(jiǎng)（科學(xué)技術(shù)）自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、六次獲得江蘇省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)以及何梁何利基金“科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)”和中國電子學(xué)會(huì)自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等，成果曾經(jīng)入圍中國“高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”。以通訊或第一作者身份在Nature、Science等世界頂尖學(xué)術(shù)期刊發(fā)表研究論文900余篇，H因子150，國際同行引用逾95000次，是材料科學(xué)與化學(xué)領(lǐng)域全球高被引學(xué)者。