合肥研究院在納米傳感器研究中取得進(jìn)展

　　近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院合肥智能機(jī)械研究所納米材料與環(huán)境檢測(cè)研究室副研究員郭正以多孔單晶納米帶和三維分級(jí)納米結(jié)構(gòu)為敏感材料，成功地構(gòu)建了高靈敏和高穩(wěn)定性納米氣敏傳感器。相關(guān)研究成果分別被《納米技術(shù)》（Nanotechnology，2016, 27, 355702）和ACS Sensors（DOI: 10.1021/acssensors.6b00597）接收發(fā)表。

　　近年來，納米科技的興起為傳感器的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇，尤其是納米結(jié)構(gòu)材料，其具有大的活性比表面積，可有效改善傳感器的敏感性能。然而，如何構(gòu)建易于氣體擴(kuò)散的納米敏感界面，發(fā)展高靈敏和高穩(wěn)定性的納米氣敏傳感器件，仍然是當(dāng)前傳感器研究面臨的難點(diǎn)。

　　針對(duì)上述問題，研究人員首先以敏感材料氧化鋅為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)合成了其多孔單晶納米帶。利用煅燒前驅(qū)體的方法并結(jié)合L-B膜自組裝技術(shù)，成功地構(gòu)筑了均一的薄層多孔單晶氧化鋅納米帶敏感膜。氣敏性能研究表明：基于薄層、多孔及單晶納米結(jié)構(gòu)的協(xié)同效應(yīng)，成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)揮發(fā)性有機(jī)污染物的高靈敏和高穩(wěn)定性敏感響應(yīng)。該研究工作發(fā)表后，Nanotechweb.org官網(wǎng)中Labtalk News還以Porous and single crystalline nanobelts prove promising sensing nanomaterials為標(biāo)題予以報(bào)道。

　　此外，研究人員還設(shè)計(jì)合成了三維氧化錫納米分級(jí)結(jié)構(gòu)，并通過調(diào)控分級(jí)納米結(jié)構(gòu)的形貌實(shí)現(xiàn)其氣敏性能的優(yōu)化?；谖⒂^結(jié)構(gòu)表征分析，發(fā)現(xiàn)具有大量表面缺陷和位錯(cuò)的納米分級(jí)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出最佳的敏感性能，揭示了納米分級(jí)結(jié)構(gòu)形貌演化與其敏感性能的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性。構(gòu)筑的納米氣敏傳感器對(duì)典型的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）表現(xiàn)出較高的敏感響應(yīng)(對(duì)丙酮的檢測(cè)限低至ppb級(jí))，以及良好的穩(wěn)定性和重復(fù)性(4個(gè)月后，檢測(cè)靈敏度最大下降僅為15%)。

　　上述研究進(jìn)展對(duì)設(shè)計(jì)和發(fā)展高性能的納米氣敏傳感器具有重要的指導(dǎo)意義。該研究工作得到了國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃納米專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

　　多孔單晶氧化鋅納米帶氣敏傳感器件構(gòu)筑示意圖及結(jié)構(gòu)表征(左上)，Labtalk News報(bào)道(右)，三維氧化錫納米分級(jí)結(jié)構(gòu)形貌演化及其敏感性能(左下)