研究目的
研究超声辅助液相剥离法大规模制备二硫化钼纳米材料，探究超声时间对其尺寸和产率的影响，制备薄膜湿度传感器并测试其传感性能与机理。
研究成果
超声辅助剥离法成功制备出尺寸可控、产率高的少层MoS2纳米材料。由这些材料制成的薄膜湿度传感器展现出优异的快速响应性能，优于块体MoS2传感器。更长的超声处理会产生更小的纳米片和更多活性边缘位点，从而获得更高的传感响应。该方法可实现MoS2基传感器的大规模生产和实际应用。
研究不足
该研究采用特定溶剂混合物和超声参数；其他条件可能产生不同结果。动态光散射分析假设颗粒为球形，可能无法完全反映纳米片的盘状形貌。传感器制备与测试均在室温下进行，未探究其他条件下的性能表现。该方法可能并非适用于所有潜在应用场景，且未涉及工业化规模的可行性。
1：实验设计与方法选择：
采用超声辅助液相剥离法，将二硫化钼粉末分散于乙醇与去离子水（体积比45:55）的混合溶剂中，在冰水浴条件下使用号角探头式超声波发生器处理1-4小时，超声功率固定为450瓦，脉冲模式为工作20秒停歇10秒。处理后以3000转/分钟离心30分钟收集上清液，重复一次以去除未剥离材料。通过滴涂法将剥离的MoS2溶液沉积在带有叉指铂电极的氧化铝基底上，先80°C加热1小时，再在氩气氛围中300°C烧结1小时制备薄膜传感器。传感性能测试采用自制装置，通过鼓泡系统产生湿度气体并与干燥空气混合（总流量1000标准立方厘米/分钟），以电阻变化量表征响应性能。
2：样品选择与数据来源：
起始材料为Aldrich-Sigma公司提供的二硫化钼粉末，剥离后的纳米材料通过原子力显微镜（AFM）和动态光散射仪（DLS）进行形貌与粒径分析。
3：实验设备与材料清单：
二硫化钼粉末（Aldrich-Sigma）、乙醇、去离子水、超声波处理器（Sonic VCX750配备号角探头）、离心机、原子力显微镜（布鲁克Nano N8 NEOS）、动态光散射仪（马尔文Zetasizer Nano ZS配备633纳米氦氖激光器）、带叉指铂电极的氧化铝基底、加热板、质量流量控制器与流量计、商用湿度传感器（用于验证）。
4：实验流程与操作步骤：
将MoS2粉末分散于溶剂中，按设定时间超声处理，离心收集上清液，通过AFM和DLS表征，滴涂至基底后经加热烧结处理，最后在室温下测试不同相对湿度条件下对湿度气体的传感响应。
5：数据分析方法：
传感响应定义为湿度环境中电阻与干燥空气中电阻的比值（R_H/R_a），响应及恢复时间以达到90%变化量所需时长计量。DLS粒径分析采用z平均直径及盘状结构计算公式。
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AFM
Bruker Nano N8 NEOS
Bruker
Observing morphology of exfoliated MoS2 nanomaterials
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DLS
Malvern Zetasizer Nano ZS
Malvern
Investigating size evolution of MoS2 nanosheets using 633 nm HeNe laser
-
MoS2 powder
Aldrich-Sigma
Starting material for exfoliation to produce nanosheets and nanoparticles
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ultrasonic processor
Sonic VCX750
Sonic
Used for ultrasound-assisted exfoliation of MoS2 with horn probe tip
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mass flow controller
Controlling flow rates in the gas mixing system for humidity sensing tests
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mass flow meter
Measuring flow rates in the gas mixing system
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humidity sensor
Validating actual relative humidity in the sensing setup
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