近年来，形态可控的纳米银因为特有的电性能在生物传感器、纳米马达和仿生电子膜等领域得到极大关注。尽管各种复杂结构的纳米银已被广泛报道，但合成主要依靠化学方法，且反应条件、反应参数要求苛刻。同时，基于一维纳米尺度下晶体的排列形态精确可控仍是一个挑战。例如，目前报道的依靠纤维分布的银纳米粒子能实现电子的定向传导，但银纳米粒子在纤维中是不均匀和无法精确控制的分布，这势必影响其在更小尺度的电子定向敏感和传导性。

近日，皇冠郑晓彤课题组开发了一种新的合成方法，结合静电纺丝技术和原位UV辐照在室温下得到一维成对定向排列的银纳米链（AgNLs）。这种AgNLs不同于传统的银纳米线（AgNWs），它是依靠银纳米晶体沿着纤维模板的平行界面，实现更小定向尺度的单颗粒自组装。在整个过程中，从银离子到银单质的定向合成，PVP聚合物分子链发挥了重要的模板效应，比如：在溶液混合过程起到络合模板作用、在静电纺丝过程起到电场迁移作用、以及在原位UV辐照过程起到分子定向拉伸作用（图一）。

图一 纳米纤维中单颗粒自组装成对定向排列的银纳米链的示意图

正如图二所示，该合成方法得到的AgNLs依靠纳米尺度的晶体排列结构，展现出对水分子的多级梯度吸附能力，并对低湿、中湿、高湿环境体现出不同的电子敏感和传导特性。相比传统的线性响应湿度传感器，以AgNLs为基构造的湿度传感器（ABHS），在一维纳米尺度下显示出对低相对湿度有更好的灵敏性能。

图二 AgNLs吸附水分子产生的点传导特性

在实际应用中，ABHS可用于环境湿度监测系统，这个监测系统包含一个实时电阻的记录表和ABHS构造的电路循环系统，利用黄、绿、红三种LED灯显示环境湿度的程度。结果显示，无论是湿度低于11%，还是湿度在95%以上，三种颜色的灯都能根据湿度变化产生快速、准确的响应（图三）。

同样，如图四所示，ABHS也可很好地应用于低湿度下的非接触式指纹传感器。无论是干燥或者潮湿的手指，只要靠近ABHS，电阻会发生明显地减小；当手指离开后，电阻会因为传感器的湿度变化而恢复，但两种状态的恢复时间不同。因此，我们可以利用这个特性构建电阻响应的阈值和恢复时间范围，从而设计一种重复性高、稳定性强的超敏非接触式指纹传感器。

图三 ABHS用于环境湿度监测系统

我们进一步构建了实时的呼吸监测传感器，利用AgNLs吸附不同水分子产生不同电导性的特点，ABHS能很好地对“健康”、“虚弱”、“运动”、“生病”四种状态，也就是呼吸频率为20, 25, 35 和15 次/分钟的状态产生不同的电信号。同时，我们也可以定量监测和评估睡觉前和睡觉后的呼吸状态，这为实时监测有呼吸疾病的病人在睡觉过程提供了很好的保护作用。

图四 ABHS用于非接触式的指纹湿度传感和呼吸监测系统

该研究成果在国际著名学术期刊《Nano Energy》（IF =17.881）上发表，皇冠Welcome最新版本下载生物医学工程专业硕士生何静为该工作第一作者，该生导师郑晓彤为第一通讯作者。电性能相关测试得到杨维清教授及团队的大力支持。

研究论文：

Jing He, Xiaotong Zheng, et al. Pair directed silver nano-lines by single-particle assembly in nanofibers for non-contact humidity sensors. Nano Energy. (2021) https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106748