安徽光机所团队开发出基于氧化物半导体的超微型气体传感器

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安徽光机所团队开发出基于氧化物半导体的超微型气体传感器

与非网 4 月 24 日讯,近日,中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所激光中心研究员方晓东、孟钢团队在 p 型铜铁矿气体传感器方面取得新进展。

开发基于氧化物半导体的超微型气体传感器,实现室内外大气污染物分子的快速识别检测具有重要的应用前景。传统的氧化物半导体因具有广谱响应而难以走向实用。安徽光机所团队主要从传感材料(表面)设计与气体分子特征提取两方面入手,致力于具有识别检测功能氧化物传感器的开发。

p 型铜铁矿(ABO 2)是一类重要的功能氧化物,丰富的 A、B 位离子选择为调控气体分子与其电荷交换提供了充足的自由度,有利于高选择性气体传感器的设计。此前,该课题组副研究员邓赞红已经在 p 型铜铁矿气体传感器上进行了大量研究工作,开发了可在室温工作、对氨气有高灵敏、高选择响应的 AgAlO 2 和 CuScO 2 传感器。在此基础上,课题组博士童彬采用简单的溶胶 - 凝胶制备工艺探索出一种新型 CuAlO 2 硫化氢(H 2S)气体传感器。

H 2S 是一种急性剧毒气体,吸入少量高浓度(~500 ppm)H 2S 可于短时间内中毒身亡,长时间暴露低浓度(~5-20 ppm)H 2S 对眼、呼吸系统及中枢神经都有损伤。我国国家职业卫生标准(GBZ 2.1-2007)规定工作场所 H 2S 职业接触限值(OELs)为 10 ppm。

该课题组开发的 CuAlO2 型传感器在 160°C 的工作温度下,对 10ppm H2S 的电学响应达到 4600,对 100ppm NH3、NO2 和多种挥发性有机物分子的响应小于 2,表明优异的选择性。此外,CuAlO2 传感器还具有快速响应特性,一旦环境中 H2S 的浓度高于 4ppm,传感器电阻在约 1 分钟内增加 3 个数量级,可及时发出警报。

据介绍,以上研究工作已得到国际合作和国家自然科学基金等的支持。相关成果已发表于国际期刊上。

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