基于ZnO复合材料的芯片式pH和温度传感器

张伟, 高鹏, 侯成义, 李耀刚, 张青红, 王宏志

基于ZnO复合材料的芯片式pH和温度传感器

张伟1, 高鹏2, 侯成义1, 李耀刚1, 张青红1, 王宏志1

(1. 东华大学 材料科学与工程学院, 上海 201620; 2. 中国电子科技集团公司 第十八研究所, 天津 300110)

可穿戴传感器可以方便地监测汗液pH、体表温度等信号, 以此判断人体的健康状况, 因而吸引了广泛注意。本研究制备了一种用于检测人体皮肤表面温度及汗液pH的芯片式传感器。pH传感器为ZnO/聚苯胺(PAni)微纳米结构, 在不同pH溶液中的表面电位不同, 灵敏度达120 mV/pH。温度传感器为ZnO/还原氧化石墨烯(rGO)复合材料, 用简单的滴落涂布法在聚对苯二甲酸乙二醇酯/氧化铟锡(PET/ITO)导电电极表面修饰一层ZnO/rGO。随着温度的升高, ZnO/rGO复合材料的电阻下降, 其电阻变化量的灵敏度达–0.67%/℃。两种传感材料可以集成在一个微小的芯片上, 获得的多功能传感器表现出较高的稳定性, 在皮肤表面pH和温度检测方面具有潜在的应用价值。

pH传感; 温度传感; ZnO/还原氧化石墨烯(rGO); ZnO/聚苯胺

受汗液中乳酸浓度的影响, 人体汗液的pH范围较广(4~7)[1]。对于人体来说, 乳酸是疲劳物质之一, 主要是肌体在运动产生热量的过程中生成的废弃物, 它在汗液中的含量代表了肝脏的解毒能力。弱酸弱碱的电离平衡, 受温度影响较大, 因此pH传感器测试的同时, 需要进行温度校准。温度也是人体最重要的体征参数之一, 正常环境下人体皮肤表面温度为25~32 ℃。不少疾病会使皮肤表面温度发生紊乱, 所以当人生病时首先就需要测量体温。……