納米材料的形貌和尺寸調(diào)控在提升材料性能方面起著至關(guān)重要的作用。近年來，制備具有不同形貌、尺寸和多孔結(jié)構(gòu)的納米材料引起了科研人員的廣泛關(guān)注。稀土氧化物由于良好的電，光，磁和耐熱性能，已廣泛用于發(fā)光、催化、能源、儲氧、醫(yī)療和氣體傳感器等領(lǐng)域。然而通過簡單的方法可控制備具有不同維度的稀土氧化物并拓展其應(yīng)用仍是個巨大的挑戰(zhàn)。隨著醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，通過濕度傳感器監(jiān)測人體呼吸(頻率)以及體表汗液，實(shí)時感知人體健康變得越來越重要。盡管研究人員已經(jīng)做了大量工作以進(jìn)一步提高濕度傳感材料的性能。但是對于實(shí)際應(yīng)用而言還需要在響應(yīng)恢復(fù)速度、靈敏度和穩(wěn)定性等方面做到全面提升。因此，迫切需要通過簡單的合成方法制備新型濕敏材料，并開發(fā)材料的新應(yīng)用。

鑒于此，黑龍江大學(xué)的徐英明教授，霍麗華教授等人在《Journal of Materials Chemistry A》上發(fā)表了題為“Controllable Construction of Ho 2O 3 Nanomaterials with Different Dimensions (1D, 2D, 3D) for Real-time Monitoring Human Breathing and Body Surface Humidity Detection”的文章，第一作者為博士生郭傳宇。該工作通過簡單的合成方法，可控制備了具有不同維度的新型Ho2O3濕度敏感材料，并對Ho2O3材料的形成過程、影響因素和濕敏性能進(jìn)行了詳細(xì)研究，將篩選出的二維結(jié)構(gòu)Ho2O3材料應(yīng)用于人體呼氣、皮膚濕度檢測和護(hù)手霜保濕效果監(jiān)測，為濕度傳感材料的制備和傳感器的應(yīng)用提供了新思路。

文章亮點(diǎn)：

1.Ho2O3材料的形貌調(diào)控：通過調(diào)節(jié)反應(yīng)體系中尿素添加量和醇與水的體積比，實(shí)現(xiàn)了由低維材料向三維材料的組裝過程的調(diào)控。反應(yīng)體系中水含量的變化，能夠調(diào)控材料由二維片狀形貌向一維管狀形貌轉(zhuǎn)變。尿素含量的改變，能有效調(diào)控二維片和一維管向三維形貌組裝，進(jìn)而通過簡單的方法得到納米管，納米片，納米管球和納米片球三種維度四種形貌的Ho 2O 3納米材料。

圖1. 氧化鈥(a)納米管結(jié)構(gòu);(b)納米片結(jié)構(gòu);(b)納米管自組裝球形結(jié)構(gòu);(b)納米片自組裝球形結(jié)構(gòu)，(e1-5)體系中水含量的增加;(f1-f4)體系中尿素含量的增加，產(chǎn)物形貌的變化。

2.呼吸監(jiān)測應(yīng)用：將四種材料進(jìn)行濕敏性能測試后發(fā)現(xiàn)，四種材料均具有優(yōu)異的濕敏性能。其中，Ho 2O 3納米片由于出色的多孔結(jié)構(gòu)和開放體系，在11% RH-95% RH濕度環(huán)境中，即顯示出超快的響應(yīng)恢復(fù)速度(響應(yīng)時間小于0.3 s，恢復(fù)時間小于6 s)，又兼具高的靈敏度(可達(dá)到1143)。對該材料傳感器進(jìn)行模擬不同狀態(tài)下的呼吸測試可以得到，該傳感器可以很好的識別模擬睡眠和運(yùn)動狀態(tài)之間的呼吸頻率變化，并且可在2 s內(nèi)識別出模擬呼吸停止信號。同時，該傳感器顯示出優(yōu)異的穩(wěn)定性，進(jìn)行了3600 s不間斷呼吸測試后材料的，該傳感器的響應(yīng)值和速度基本保持不變，具有很好的應(yīng)用前景。

圖2. (a) Ho2O3納米片在11% RH-95% RH環(huán)境中的響應(yīng)恢復(fù)曲線;(b，c)模擬睡眠狀態(tài)和運(yùn)動狀態(tài)的呼吸監(jiān)測曲線;(d)模擬睡眠狀態(tài)和運(yùn)動狀態(tài)呼吸頻率的轉(zhuǎn)化曲線;(e)3600 s呼吸監(jiān)測長期穩(wěn)定性測試;(f)模擬停止呼吸狀態(tài)的信號響應(yīng)曲線。

3.人體表面濕度檢測：該傳感器對人體表面濕度具有良好的響應(yīng)恢復(fù)特性，除了簡單的指尖濕度響應(yīng)測試外，還應(yīng)用在運(yùn)動前后身體不同部位的表面濕度測試等測試中，均表現(xiàn)出了快速的響應(yīng)和良好的實(shí)時監(jiān)控效果。有趣的是，傳感器可以對不同功效護(hù)手霜涂覆后的皮膚表面保濕效果進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，為濕度傳感器的應(yīng)用提供了新思路。

圖3. (a)五次連續(xù)指尖響應(yīng)測試曲線;(b)同一志愿者運(yùn)動前后身體同一部位的濕度值;(c)不使用護(hù)手霜及使用不同種類護(hù)手霜后，皮膚表面的濕度變化情況。

總結(jié)：

本文采用簡單的制備方法，獲得了三種維度(1D，2D，3D)四種形貌性能優(yōu)異的Ho 2O 3濕敏材料，并將該材料應(yīng)用到于人體呼氣、皮膚濕度檢測和護(hù)手霜保濕效果監(jiān)測等方面。希望該篇文章的實(shí)驗(yàn)和結(jié)論能夠?yàn)檠芯咳藛T在不同維度稀土氧化物材料制備方面提供借鑒，使?jié)穸让舾胁牧汐@得更多的關(guān)注，特別是為人體健康檢測、智能感知等方面提供新的研究思路。