SCI
SCIE
SCOPUS
Thickness effects of aerosol deposited hygroscopic films on ultra-sensitive humidity sensors
저자
Liang, Jun-Ge ; Kim, Eun-Seong ; Wang, Cong ; Cho, Myung-Yeon ; Oh, Jong-Min ; Kim, Nam-Young
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2018
작성언어
-주제어
등재정보
SCI,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
632-643(12쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>Hygroscopic film that has a super mesoporous structure exhibits high sensitivity and fast response/recovery in humidity sensing applications. Aerosol deposition (AD) via a shock-loading-solidification preparation mechanism, which is an unexplored potential hygroscopic film preparation technique, can produce a porous microstructure, and the AD hammering effect creates various interior and surface microstructures in different-thickness films. The objective of our study was to verify the feasibility of using AD as a humidity-sensing film preparation technique, and to investigate the thickness effects of the film on its microstructure and hygroscopic properties. Hygroscopic films with thicknesses ranging from 0.1–10.0 μm were aerosol deposited with BaTiO<SUB>3</SUB> powders before undergoing a 400 °C thermal treatment. The resulting surface morphology exhibited roughness increases for thicknesses from 0.1–6.0 μm, and a decrease at 10.0 μm. The cross-sectional structure was characterized by a transitional-density grain distribution in which higher density small-sized grains could be seen in the bottom layer. Films with thicknesses of 1.5 μm and 3.0 μm achieved excellent sensitivities of 178.6 ± 7.3 pF/%RH and 299.9 ± 5.4 pF/%RH, respectively. Further, the response and recovery time for the 1.5 μm film were both less than 5 s. The current study determined the feasibility of AD-based humidity-sensing film preparation and provided a reference for optimal thickness control. The surface hydrophilicity, pore volume, and open-pore ratio were analyzed as critical factors of the thickness related humidity sensing effects, and physical modeling indicated that AD-prepared films exhibited an expanded humidity detection range, enhanced water vapor adsorption and desorption, and improved sensitivity to humidity.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Aerosol deposition can be used to prepare ultra-sensitive ceramic humidity sensors. </LI> <LI> Film-based sensors were prepared using a shock-loading solidification mechanism of aerosol deposition. </LI> <LI> Their sensitivity depends on the hydrophilicity, pore volume, and open-pore ratio. </LI> <LI> The thickness of the film regularly affects the humidity-sensing properties. </LI> </UL> </P>
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