提升靈敏度以檢測低濃度有毒有害氣體是目前金屬氧化物氣敏傳感器的一個重要發(fā)展方向。中科院過程工程研究所材料化學(xué)與應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新團隊利用水熱-模板法制備了單層有序的ZnO微型防風(fēng)林型氣敏傳感器，該材料可直接測量痕量（小于100 ppb）苯氣體并具有良好的響應(yīng)和恢復(fù)性能。
現(xiàn)實生活中，防風(fēng)林被用于阻滯大風(fēng)和吸附其中攜帶的顆粒，以此為模型構(gòu)筑的樹/花狀陣列氣敏薄膜（微型防風(fēng)林，micro-windbreaks）可能是高靈敏度苯氣敏傳感器的一種理想結(jié)構(gòu)，它需要滿足兩方面要求：一方面要利于氣體分子的在其中的擴散，另一方面要有效捕捉氣體中攜帶的被檢測氣體分子。這要求微型防風(fēng)林一方面具有規(guī)則疏松的樹/花狀結(jié)構(gòu)，另一方面應(yīng)是具有多孔納米結(jié)構(gòu)的等級結(jié)構(gòu)，以便提供大量的氣體擴散通道，有利于被檢測氣體擴散到氧化物表面并與表面吸附氧反應(yīng)，進而增強其氣敏性能。
在之前的工作中，團隊利用LBZA構(gòu)建了自支撐ZnO納米球帶花陣列薄膜（Sensors and Actuators B: Chemical，2013,177,562-568）。ZnO-SFF對苯氣體表現(xiàn)出了良好的氣敏性能，但由于緊密堆積導(dǎo)致其氣體擴散效率未達到理想值。因此，在保持其基本的薄納米帶結(jié)構(gòu)的前提下，團隊構(gòu)建了單層有序且較為疏松的納米帶花陣列薄膜（微型防風(fēng)林）進一步提升氣體在其中的擴散效率。經(jīng)過優(yōu)化晶粒連接和結(jié)構(gòu)上強化氣體擴散，ZMW可以檢測痕量（小于100 ppb）的苯氣體，響應(yīng)-恢復(fù)曲線良好（R50ppb=0.3851±4%，R44.1ppm=11.87±1%），顯示出其在精確檢測方面的巨大潛力。經(jīng)過簡單Pt修飾，ZMW薄膜對苯氣體的最佳操作溫度可降低至350℃，且響應(yīng)值得到極大的提升。
相關(guān)研究成果發(fā)表在Sensors and Actuators B: Chemical雜志上（2013,186,614-621），以上研究工作得到國家“863”計劃項目（No. 2010AA064903）的資助。
單層有序的ZnO微型防風(fēng)林型氣敏傳感器及其對苯的氣敏性能
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