DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106748

形状可控的纳米银由于其独特的性能而在电子器件的实际应用中有着广阔的前景。尽管之前的文献报道过各种复杂的纳米银结构，但准确控制银晶体的一维（1D）定向组装仍然具有挑战性。在此，研究者沿着模板化纳米纤维的平行边界创新性地制造了具有成对定向阵列的银纳米线（AgNLs）。基于静电纺丝和紫外线照射的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）分子的多级模板机制对纳米纤维中银纳米晶体的单纳米颗粒组装起着不可或缺的作用。通过电化学辅助分析发现，AgNLs中的水分子具有特殊电子传导和敏感性。此外，基于AgNLs的紧密连接和间隙组装特性，作者将AgNLs阵列集成为纳米级湿度传感器，该传感设备在低、中和高相对湿度（RH）下表现出不同的传感特性。本研究证实了AgNLs在相对湿度领域的实用性，并为制备纳米级1D定向非接触式湿度传感器提供了一种新策略。

图1.复合纳米纤维中单粒子组装成对定向AgNLs的示意图。（a）PVP链对均匀分散在前体溶液中的Ag+的复合模板效应。（b）在静电纺丝过程中，通过电场力和溶剂蒸发力，Ag+从复合纳米纤维内部到表面的分布。（c）暴露于紫外灯下的AgNO3/PVP复合纳米纤维中的Ag纳米晶体的定向组装。

图2.复合纳米纤维在静电纺丝工艺和紫外线照射下的迁移和分子机制。（a）Ag+在PVP分子的络合基团中的附着。（b）在静电纺丝过程中，电场力（FE）和溶剂蒸发力（FS）导致的拉伸PVP链和Ag+移动路径的视图。（c）所制备的PVP、AgNO3/PVP前体和AgNLs/PVP纳米纤维的FTIR光谱。（d）C=O峰在1660cm-1附近的放大光谱。（e）AgNLs/PVP纳米纤维经紫外线照射3、6和12小时后的拉曼光谱。（f,g）前体和AgNLs/PVP纳米纤维经紫外线照射1、3、6和12小时后的DSC结果（f）和UV-Vis光谱（g）。（h）AgNLs/PVP纳米纤维在紫外线照射期间的XRD结果。

图3.AgNLs的组装机制和几何纳米结构。（a）UV照射过程中AgNLs的单粒子组装，包括Ag+还原（I）、PVP降解（II）和PVP交联（III）。（b）成对定向AgNLs的SEM图像。（c）在AgNLs中具有紧密连接和一些间隙的Ag纳米晶体的放大SEM图像。（d）沿复合纳米纤维边界分布的组装Ag纳米晶体的TEM图像。（e,f）AgNO3/PVP纳米纤维（e）和AgNLs/PVP纳米纤维（f）中Ag元素映射的EDS图像。（g）AgNLs中Ag纳米晶体的SAED。

图4.AgNLs的电子传输特性及其对水分子的吸附。（a-c）经紫外线照射3、6和12小时后，具有螺旋阵列（a）、单轴平行阵列（b）和双轴交叉阵列（c）图案的AgNLs的阻抗。（d-f）紫外线照射期间，具有螺旋阵列（d）、单轴平行阵列（e）和双轴交叉阵列（f）图案的AgNLs的循环伏安曲线。（g）AgNLs/PVP复合纳米纤维和纯PVP纳米纤维的吸水率。（h）AgNLs/PVP复合纳米纤维和纯PVP纳米纤维的相对接触角与时间的关系。（i）AgNLs/PVP复合纳米纤维吸水后的SEM图像。

图5.ABHS在环境湿度监测中的传感机制及应用。（a）由APHS组成的叉指电极。（b-c）数码照片显示所制备的ABHS叉指电极的正面（b）和侧面（c）。（d-f）低（d）、中（e）和高（f）RH下ABHS中H2O分子的吸附机制。（g）ABHS在11%-94%RH下的实时电阻响应。（h）ABHS在11%-94%RH下的∆R/R0和∆S/S0变化。（i）在0%-94%相对湿度下ABHS的实时电阻响应循环性能。（j）在0%-94%RH下，使用三色LED灯的ABHS的湿度监控实时数码照片。黄灯在11%时亮起，绿灯在43%时亮起，红灯在75%RH时亮起。

图6.ABHS在非接触式开关和呼吸监测中的应用。（a）ABHS作为非接触式开关的电阻响应。（b）出汗和正常状态的指尖靠近ABHS时的实时电阻。（c）在出汗和正常状态下，对指尖传感器进行10次循环测试。（d）“健康”、“虚弱”、“运动”和“病态”呼吸状况的代表性监测。（e）每分钟20、25、35和15次的呼吸频率对ABHS相对电阻的影响。（f）四种呼吸条件下ABHS监测曲线的箱线图。（g）ABHS的电阻响应记录，呼吸数据来自测试对象刚入睡150秒和入睡后30分钟。