近期，课题组报道了一种新型高灵敏度湿度传感系统，该系统将氧化石墨烯（GO）和一种金属框架有机材料（Co-MOF-74）包覆长周期光纤光栅（LPFG）作为传感元件，用于常温下的湿度灵敏检测。相关工作于2022年1月发表在《IEEE Photonics Technology Letters》。
相对湿度常用于表征大气干燥程度，在农业、生物制药和仪器制造等领域有着广泛的应用。传统的相对湿度传感器不能用于含有易燃易爆物质的环境中，并且容易受到电磁干扰。长周期光纤光栅因其对周围折射率的高灵敏度、易于制造、不受电磁干扰和腐蚀而被广泛应用，是湿度传感器的首选。为了提高灵敏度，通常对长周期光纤光栅进行修饰。氧化石墨烯因其优异的光学性质、生物化学特性和体积比而具有良好的湿敏特性。Co-MOF-74具有大孔隙率和对水分子的高灵敏度同样是一种很有前途的湿敏材料。通过将二者的有效结合，可以显著地提高传感器的灵敏度。
图1：氧化石墨烯与Co-MOF-74
通过测量共振波长漂移和光谱消光比的变化，可以监测环境的相对湿度。在30-50%的相对湿度范围内获得了0.204 nm/%RH的灵敏度，线性度为0.982；在50-90%的相对湿度范围内实现了0.16 dB/%RH的灵敏度，线性度为0.993。该传感系统具有制造成本低、体积小、制造工艺简单、灵敏度高等优点，有利于其在生化检测、医疗现场、食品生产、机械通风等领域的实际应用。
图2：实验示意图
本工作的其他合作者还包括上海理工大学王丁教授，硕士生阎敬慈、王峰、向才伟，博士生陈剑，中国空间技术研究院空间微波科学技术国家重点实验室葛锦蔓博士，中国科学院上海技术物理研究所于清华研究员，华东师范大学精密光谱学国家重点实验室曾和平教授。该工作并得到国家自然科学基金、上海市启明星计划、上海市自然科学基金、国家重点实验室基金、中国科学院智能红外传感重点实验室开放基金和东方学者特聘教授计划的支持。