納米氣體傳感器

1、納米氣體傳感器在納米技術(shù)中，納米器件的研究水平和應(yīng)用程度標(biāo)志著一個(gè)國家納米科技的總體水平，而納米傳感器恰恰就是納米器件研究中的一個(gè)極其重要的領(lǐng)域。隨著工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境檢測(cè)的迫切需要以及納米技術(shù)的發(fā)展，納米氣敏傳感器已獲得長 足的進(jìn)展。用零維的金屬氧化物半導(dǎo)體納米顆粒、碳納米管及二維納米薄膜等都可以作為 敏感材料構(gòu)成氣敏傳感器1。用納米材料作為敏感材料構(gòu)成的氣敏傳感器具有常規(guī)傳感 器不可替代的優(yōu)點(diǎn)：一是納米固體材料具有龐大的界面，提供了大量氣體通道，從而大大 提高了靈敏度；二是大大降低了傳感器工作溫度；三是大大縮小了傳感器的尺寸。因此， 它在生物、化學(xué)、機(jī)械、航空、軍事等方面具有廣泛的發(fā)展前途。研

2、究點(diǎn)滴：美國倫斯勒理工學(xué)院2在Nature上發(fā)表文章，介紹了一種微型氣體傳感器樣品，能 夠非常靈敏地定量及定性分析大氣中的各種氣體。制作方法是：首先利用化學(xué)氣相沉積法 在二氧化硅基底上生長多壁碳納米管(MWCNT。在MWCN兩端加上厚約180口m的絕緣玻 璃板，然后再用鋁膜覆蓋起來，氣體傳感器即告完成。利用氣體傳感器測(cè)定周圍的氣體成 分時(shí)，以MWCNT為陽極，鋁膜端為陰極，施加直流電壓。在MWCN頂端，很低的電壓就 會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)，從而在周圍離子化氣體中發(fā)生介質(zhì)擊穿現(xiàn)象。北京大學(xué)3制成一種TiO2PtO?DPt雙層納米膜作為敏感材料探測(cè)氫氣的氣敏傳感 器。其敏感材料的制備方法是先在玻璃襯底上覆蓋

3、上一層由Pt納米顆粒構(gòu)成的表面氧化 的多孔連續(xù)膜，其中Pt的納米顆粒直徑大約1.3?nm，?膜厚大約100?nm，?然后在PrO?DPt膜上覆蓋TiO2膜，其中TiO2納米顆粒的直徑尺寸從3.4?nm到5.4?nm，平均直 徑4.1?nm。傳感器的工作溫度在180-200C,PtO?DPt多孔膜作為催化劑使TiO2納米膜對(duì) 氫氣產(chǎn)生部分還原作用，從而使傳感器在空氣中，甚至在CO NH3 CH4等還原性氣體存 在的情況下， 對(duì)氫氣都表現(xiàn)出很高的靈敏度和選擇性， 比以前的鈦基探測(cè)氫氣的傳感器有 顯著的提高。美國斯坦福大學(xué)4用化學(xué)氣相沉積法在分散有催化劑的SiO2Si基片上可制得單個(gè)的單壁碳納米管，

4、兩種金屬被用來連接S-SWNT寸，形成金屬/S?DSWNT金屬結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出P型晶體管的性質(zhì)。氣體探測(cè)試驗(yàn)是把S-SWNT羊品放在個(gè)帶著電引線的密封的500?mL的玻璃瓶中，通入在空氣或者氬氣中稀釋的NO2?(2- 200)X10-6?)或者NH3(0.1%1%)，流速700mL/min。檢測(cè)S?DSWN的電阻變化，在NH3氣氛中其電導(dǎo)可減小兩個(gè)數(shù)量級(jí)，而在N02氣氛中電導(dǎo)可增加3個(gè)數(shù)量級(jí)。其工作機(jī)理是半導(dǎo)體單壁碳納米管在置于NH3氣氛中時(shí)，使價(jià)帶偏離費(fèi)米能級(jí)，結(jié)果使空穴損耗導(dǎo)致其電導(dǎo)變?。欢贜O2氣氛中時(shí)，使價(jià)帶向費(fèi)米能級(jí)靠近，結(jié)果使空穴載流子增加從而使其電導(dǎo)增加。專利介紹：國內(nèi)外在相關(guān)領(lǐng)域

5、都有多項(xiàng)專利，以下選取幾件簡單介紹上海大學(xué)2019年2月18日公開了CN1475798二氧化錫納米傳感器件的制造方法5,屬半導(dǎo)體傳感器氣敏元件制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。該發(fā)明方法主要采用AFM微細(xì)加工技術(shù)，控制探針尖端電壓和掃描方式條件下以及在水分子存在的條件下，對(duì)金屬錫電極表面進(jìn)行局 部陽極氧化，從而加工得到二氧化錫納米結(jié)構(gòu)傳感器件。本發(fā)明方法制得的二氧化錫納米 傳感器在常溫下對(duì)氫氣非常敏感，同時(shí)具有很好的選擇性，可以作為檢測(cè)環(huán)境中氫氣濃度的傳 感器。?清華大學(xué)2019年8月13日公開了CN1435685基于納米材料的發(fā)光氣敏傳感器及納米 材料的成膜工藝6，傳感器包括：加熱器、與加熱器相連的陶瓷基底

6、，涂在陶瓷基底另 一側(cè)面上的納米材料膜以及套裝在由加熱器、陶瓷基底和納米材料膜構(gòu)成的傳感器外且?guī)?有進(jìn)、出樣口的石英封裝件。它利用了納米材料高催化活性的特點(diǎn)，制成了靈敏度高、無 損耗、長壽命、易于微型化和器件化的化學(xué)發(fā)光氣敏傳感器。美國NANOMD公司2019年6月16日公開了US2019129573二氧化碳納米電子傳感器7，發(fā)明了一個(gè)利用納米結(jié)構(gòu)傳感器檢測(cè)二氧化碳的電子系統(tǒng)和方法。C02傳感器由襯底和分布其上的納米結(jié)構(gòu)組成。納米結(jié)構(gòu)可以是碳納米管或納米管的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，襯底上有兩 個(gè)電極與納米管連接，門電極可放置在納米結(jié)構(gòu)對(duì)面。與CO2反應(yīng)的材料置于納米管上。傳感器與電路連接，能夠探測(cè)出環(huán)境中C

7、O2的濃度變化。2019年11月16日，美國昆騰集團(tuán)公司的專利US6819811納米尺寸的氣體傳感器系統(tǒng)8被授權(quán)。該專利提出一種利用光響應(yīng)檢測(cè)氣體種類及濃度的儀器和方法。該傳感器具 有尺寸小、速度快和成本低的優(yōu)點(diǎn)。這項(xiàng)發(fā)明通過光子檢測(cè)傳感器對(duì)氣體的響應(yīng)方式來應(yīng) 用。檢測(cè)系統(tǒng)包括一個(gè)與傳感器耦合的光子源和光電二極管系統(tǒng)，從而光子通量成為至少 一個(gè)傳感器對(duì)目標(biāo)氣體響應(yīng)的函數(shù)。1999年10月5日日本公開了JP11271266檢測(cè)NOx氣體成分的實(shí)時(shí)測(cè)量氣體傳感器9，發(fā)明了一種可實(shí)時(shí)精確測(cè)量NOx氣體成分的傳感器。傳感器的一面是一個(gè)感應(yīng)電極， 其中有一計(jì)數(shù)器電極，另一面是一參考電極。感應(yīng)電極上覆蓋一層金屬(W03層，上面可 以再加一層NO氧化催化劑。產(chǎn)品實(shí)例：2019年7月，美國紐約Rensselaer理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出一種新型微型傳感器10，它利用密集的碳納米管陣列來根據(jù)氣體的特征擊穿電壓和電流檢測(cè)它們。這種傳感 器可檢測(cè)NH3C02 N2、02、He空氣和氣體混合物。由于這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單，成本