在国家自然科学基金资助下，清华大学材料学院吕瑞涛研究组在基于二维薄膜的超灵敏声压传感器研究方面取得重要进展，相关结果10月17日发表在材料领域著名期刊《Advanced Materials》(先进材料，影响因子18.960)上。

压力传感器在工业、军事、医疗等领域发挥着非常重要的作用。在众多不同种类的压力传感器中，法布里-珀罗(F-P)微型光纤传感器以其结构简单、灵敏度高、可实现分布式测量及远程探测等优势，在声压探测方面具有广阔的应用前景。更重要的是，由于F-P微型光纤传感器利用光信号进行压力探测，敏感单元无需电子电路，因而不受电磁信号干扰的影响，适合于在复杂电磁环境和恶劣工作条件下使用，极大克服了电学传感器的不足，受到了国内外的广泛关注。

为构建F-P微型光纤传感器，通常需要将一片较薄的敏感薄膜材料贴附于具有微小内腔(直径约125微米)的陶瓷插芯一端，另一端连接光纤。该薄膜材料接收到压力信号时将会发生形变，改变F-P腔的长度，从而导致输出的光学干涉信号发生变化，通过解析输出的光纤干涉信号，可解算施加的压力值。因此，为了提高F-P传感器的灵敏度，需要采用厚度较薄且具有较高的强度、韧性和弹性的薄膜材料，其应能承受较大的变形并且有较低的疲劳或者迟豫。然而，由于加工精度的限制，基于传统机械减薄工艺得到的薄膜(如二氧化硅薄膜，金属薄膜、高分子薄膜等)难以满足上述要求，这也为高灵敏度F-P传感器的开发带来了巨大的挑战。

近年来，以二硫化钼(MoS2)为代表的一系列二维层状纳米结构的出现为发展高性能F-P传感器提供了新的可能。清华大学吕瑞涛课题组使用电子束蒸镀的方法，在二氧化硅/硅基底上蒸镀了一定厚度的钼薄膜，随后在常压进行硫化，得到了少层MoS2薄膜。最后将制得的薄膜转移到陶瓷插芯上，组装得到了基于不同层数MoS2的F-P传感器，并与北京航空航天大学李成课题组和美国宾夕法尼亚州立大学 Mauricio Terrones课题组合作开展了传感器性能研究。研究表明，基于少层MoS2组装得到的F-P传感器具有明显的应力-应变响应以及非常高的探测灵敏度(89.3 nm/Pa)，与目前已报道的传统材料(二氧化硅、银薄膜等)相比提高了近三个数量级。该器件优异的压力探测性能可归因于少层MoS2机械强度较高、超薄、柔性和力学稳定性好的优点。这项研究对于开发超灵敏声压探测器提供了重要的启示，同时也拓展了二维材料在环境和生物医学等领域的应用。

相关结果近期在线发表于Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201603266)上，论文第一作者是材料学院硕士生于非凡，通讯作者为我院助理教授吕瑞涛博士，清华大学材料学院为第一完成单位。北京航空航天大学李成副教授和美国宾夕法尼亚州立大学Mauricio Terrones教授为该文共同通讯作者，北京航空航天大学硕士生刘倩文为论文共同第一作者。

附：

1. 期刊原文链接：http://dx.doi.org/10.1002/adma.201603266

2. 相关媒体报道：http://www.x-mol.com/news/3697

文章来源：中国科学院上海硅酸盐研究所