【仪表网 研发快讯】在环境监测、工业生产及医疗健康等领域，对极微量水分(痕量水)的精准、实时检测是一项至关重要的核心技术，它直接关系到产品质量、设备安全与能源效率。然而，传统传感器在应对ppb(十亿分之一)级别的痕量水时，往往面临信号微弱、响应迟缓、易受干扰且成本高昂的瓶颈。
近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所的蒋长龙研究员团队，在这一领域取得了革命性进展。他们成功研制出一种新型金属有机框架(MOF)复合纳米纤维传感器，不仅实现了对痕量水的高灵敏、可视化实时检测，更通过融合人工智能算法，为智能传感打开了新的大门。这项突破性研究成果已发表于国际权威期刊《化学工程杂志》。
灵感源自“天线效应”：让水分子显形
研究团队的核心创新在于设计并合成了一种独特的荧光MOF材料——MIL-101-NH?(Eu)。这种材料的奇妙之处在于其“内在双色荧光”特性。团队通过精巧的分子设计，将镧系金属铕离子(Eu³?)整合到MOF骨架中。在干燥状态下，MOF的有机配体能像“天线”一样捕获能量，并高效传递给铕离子，使其发出鲜明的红色荧光。
一旦微量的水分子出现，情况立即改变。水分子会与MOF结构相互作用，干扰这条高效的能量传递“天线”，导致红色荧光减弱，同时配体本身的蓝色荧光显现。因此，水分含量的多少，直接转化为红、蓝两种荧光比例的可视化变化，如同一个微型的“颜色指示计”，让肉眼难以察觉的痕量水变得清晰可辨。
化身为柔性“智能皮肤”：实现快响应与高稳定
为了让这项尖端技术走出实验室，真正服务于复杂多样的应用场景，研究团队迈出了关键第二步：器件化。他们将上述MOF晶体与生物相容性良好的羧甲基纤维素相结合，通过原位生长技术，构筑成一张均匀、柔韧的MOF@纤维素纳米纤维膜。
这张膜传感器具备了令人瞩目的优势：
高灵敏与快速响应：得益于纳米纤维巨大的比表面积和MOF材料对水分子的特异性识别，传感器能快速吸附水分子并产生荧光信号，响应与恢复速度远超传统材料。
优异的抗干扰能力：独特的双色荧光自校准机制，能有效抵消环境温度波动、复杂背景等因素带来的交叉干扰，确保了长期监测的稳定性和准确性。
柔性可穿戴：整个传感器以柔性的纳米纤维膜为载体，轻薄而坚固，可以像“创可贴”一样贴合在各种不规则表面，如皮肤、管道、设备外壳，为实现实时原位监测提供了可能。
赋能人工智能：从感知到认知的飞跃
如果说荧光变色赋予了传感器“感知”水的眼睛，那么深度学习算法的融入，则为其装上了会“思考”的大脑。研究团队构建了一套人工智能数据分析系统，能够自动、精准地识别与分析传感器膜复杂的荧光颜色变化图谱。
该系统能滤除噪声，将微弱的荧光信号差异转化为精确的水分浓度读数，极大提升了检测的定量化精度和可靠性。这标志着传感器从单一的检测工具，向智能化、集成化的监测系统演进。
广阔应用前景：赋能千行百业
这项集新材料、新器件与智能算法于一体的技术，展现出颠覆性的应用潜力：
高端制造与仓储：实时监测精密电子元器件、锂电池、固体药品等在生产和储存环境中的极微量水分，防止产品失效变质。
智能管道运输：附着在天然气或化工管道外壁，实时监测管内介质含水量，为安全生产和能源节约提供预警。
环境与健康监测：集成到可穿戴设备中，用于高精度室内外湿度监测，甚至探索人体皮肤表面微量汗液的动态分析，为健康管理提供新维度。
先进防伪：利用其对水分极其敏感的特性，可开发出无法复制的先进荧光防伪标签。
该研究由蒋长龙研究员团队完成，林丹副研究员为论文第一作者。工作得到了国家自然科学基金等多个项目的支持。这项成果不仅为开发下一代高性能传感器提供了全新的设计范式，更以其可靠、经济、环保的制备工艺，预示着智能感知时代正在加速到来。
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