納米氣體感測器

納米氣體感測器是由半導體納米材料做成的一種將某種氣體體積分數轉化成對應電信號的轉換器。它通過探測頭可靈敏地檢測溫度、濕度和大氣成分的變化，這在汽車尾氣和大氣環境保護上已得到套用。

研究背景

納米技術是研究尺寸在01～100nm的物質組成體系的運動規律和相互作用以及可能的實際套用中的技術問題的科學技術。納米技術的發展，不僅為感測器提供了優良的敏感材料，例如納米粒子、納米管、納米線、納米薄膜等，而且為感測器製作提供了許多新型的方法，例如納米技術中的關鍵技術stm，研究對象向納米尺度過渡的mems技術等。 　與傳統的感測器相比，納米感測器尺寸減小、精度提高等性能大大改善，更重要的是利用納米技術製作感測器，是站在原子尺度上，從而極大地豐富了感測器的理論，推動了感測器的製作水平，拓寬了感測器的套用領域。納米感測器現已在生物、化學、機械、航空、軍事等方面獲得廣泛的發展。湖南長沙索普測控技術有限公司研製成功電阻應變式納米壓力感測器，這種電阻應變式納米膜壓力感測器，測量精度和靈敏度高、體積小、重量輕、安裝維護方便，是一種穩定和可靠的測量壓力參數的科技創新產品。利用一些納米材料的巨磁阻效應，科學家們已經研製出了各種納米磁敏感測器。 　在生物感測器中，用納米顆粒、多孔納米結構和納米器件都獲得了令人滿意的套用。在光纖感測器基礎上發展起來的納米光纖生物感測器，不但具有光纖感測器的優點，而且由於這種感測器的尺寸只取決於探針的大小，大大減小了測微感測器的體積，回響時間大大縮短，滿足了單細胞內測量要求實現的微創實時動態測量。

優點分析

用納米材料作為敏感材料構成的氣體感測器具有常規感測器不可替代的優點： 　一、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、大大降低了感測器工作溫度； 　三、大大縮小了感測器的尺寸。 　因此，它在生物、化學、機械、航空、軍事等方面具有廣泛的發展前途。

研究點滴

美國倫斯勒理工學院在nature上發表文章，介紹了一種微型氣體感測器樣品，能夠非常靈敏地定量及定性分析大氣中的各種氣體。製作方法是：首先利用化學氣相沉積法在二氧化矽基底上生長多壁碳納米管（mwcnt）。在mwcnt兩端加上厚約180μm的絕緣玻璃板，然後再用鋁膜覆蓋起來，氣體感測器即告完成。利用氣體感測器測定周圍的氣體成分時，以mwcnt端為陽極，鋁膜端為陰極，施加直流電壓。在mwcnt頂端，很低的電壓就會產生強電場，從而在周圍離子化氣體中發生介質擊穿現象。 　北京大學製成一種tio2/pto?dpt雙層納米膜作為敏感材料探測氫氣的氣敏感測器。其敏感材料的製備方法是先在玻璃襯底上覆蓋上一層由pt納米顆粒構成的表面氧化的多孔連續膜，其中pt的納米顆粒直徑大約1.3 nm， 膜厚大約100 nm， 然後在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。感測器的工作溫度在180-200℃，pto?dpt多孔膜作為催化劑使tio2納米膜對氫氣產生部分還原作用，從而使感測器在空氣中，甚至在co、nh3、ch4等還原性氣體存在的情況下，對氫氣都表現出很高的靈敏度和選擇性，比以前的鈦基探測氫氣的感測器有顯著的提高。 　美國史丹福大學用化學氣相沉積法在分散有催化劑的sio2/si基片上可製得單個的單壁碳納米管，兩種金屬被用來連線s-swnt時，形成金屬/s?dswnt/金屬結構，呈現出p型電晶體的性質。氣體探測試驗是把s-swnt樣品放在個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)×10－6 )或者nh3(0.1%一1%)，流速700ml/min。檢測sdswnt的電阻變化，在nh3氣氛中其電導可減小兩個數量級，而在no2氣氛中電導可增加3個數量級。其工作機理是半導體單壁碳納米管在置於nh3氣氛中時，使價帶偏離費米能級，結果使空穴損耗導致其電導變小；而在no2氣氛中時，使價帶向費米能級靠近，結果使空穴載流子增加從而使其電導增加。

國防套用

納米氣體感測器在國防科技上,將其用於地面,空間,飛機,潛艇的內艙,以及各種軍用車輛駕駛室中檢測有害氣體,有毒氣體等,必將更加方便,快捷,靈敏,如美國已經研製出納米軍裝,軍裝中的納米感測器可以感應空氣中生化指標的變化,當有害氣體或物質指標突然升高時,軍裝會立即將頭盔和其他通氣部分的透氣口關閉,並釋放生化武器的解毒劑,起到預防效果。 　此外,嵌在軍裝中的納米生化感應裝置可以監視士兵的心率,血壓,體內及體表溫度等多項重要指標,以及辨識體表流血部位,並使該部位周邊的軍服膨脹收縮,起到止血帶的作用。