ACSNano：微加热器集成纳米管阵列气体传感器的万亿分之一级气体检测和基于单传感器的气体识别

DT半导体材料 2022-07-15 18:04

为了化学安全和人类健康保护，对威胁健康的气体进行实时监测需要使用适当的气体传感器来检测和识别痕量气体。在许多应用中，通常使用光学气体传感器和电化学气体传感器的昂贵、笨重和耗电的设备用于此目的。目前，由于选择性问题，使用单个小型低功耗半导体气体传感器来实现这一目标几乎是不可能的。

近日，香港科技大学范智勇教授开发了一种双模微加热器集成纳米管阵列气体传感器（MINA传感器），该传感器可以在CH模式下检测到低至ppt级的多种气体，并在PH模式下对气体进行识别。

文章要点

1）在具有上下电极结构的纳米孔阳极氧化铝(AAO)模板上构建了MINA传感器，使分子可及的比表面积大大增加。同时，采用原子层沉积(ALD)法制备了SnO₂超薄保形薄膜和Pd纳米颗粒(NPs)作为敏感材料层。

2）当工作在CH模式下时，MINA传感器可以检测氢、丙酮、甲苯和甲醛，其测量灵敏度分别为40 ppt、40 ppt、40 ppt和4 ppb，相应的理论LODs分别为6.96 ppt、11.88 ppt、16.52 ppt和70.06 ppt。

3）在PH模式下，由于气体扩散和表面反应活化能的变化，MINA传感器对不同气体表现出有趣的瞬态响应。通过从每个脉冲中提取电导和斜率特征来区分氢气、丙酮、甲苯和甲醛气体。此外，脉冲加热模式比传统的连续加热模式节能66.7%。

所开发的单个MINA传感器的ppt级气体检测和脉冲加热使气体识别具有潜在的高性能、低功耗和微型智能气体传感器，用于传感器网络和移动/可穿戴电子应用。

参考文献

Wenying Tang, et al, Microheater Integrated Nanotube Array Gas Sensor for Parts-Per-Trillion Level Gas Detection and Single Sensor-Based Gas Discrimination, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c03372

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c03372

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