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合肥研究院在纳米传感器研究中取得进展

导读: 近期,中国科学院合肥物质科学研究院合肥智能机械研究所纳米材料与环境检测研究室副研究员郭正以多孔单晶纳米带和三维分级纳米结构为敏感材料,成功地构建了高灵敏和高稳定性纳米气敏传感器。

近期,中国科学院合肥物质科学研究院合肥智能机械研究所纳米材料与环境检测研究室副研究员郭正以多孔单晶纳米带和三维分级纳米结构为敏感材料,成功地构建了高灵敏和高稳定性纳米气敏传感器。相关研究成果分别被《纳米技术》(Nanotechnology,2016, 27, 355702)和ACS Sensors(DOI: 10.1021/acssensors.6b00597)接收发表。

近年来,纳米科技的兴起为传感器的发展带来了新的机遇,尤其是纳米结构材料,其具有大的活性比表面积,可有效改善传感器的敏感性能。然而,如何构建易于气体扩散的纳米敏感界面,发展高灵敏和高稳定性的纳米气敏传感器件,仍然是当前传感器研究面临的难点。

针对上述问题,研究人员首先以敏感材料氧化锌为研究对象,设计合成了其多孔单晶纳米带。利用煅烧前驱体的方法并结合L-B膜自组装技术,成功地构筑了均一的薄层多孔单晶氧化锌纳米带敏感膜。气敏性能研究表明:基于薄层、多孔及单晶纳米结构的协同效应,成功地实现了对挥发性有机污染物的高灵敏和高稳定性敏感响应。该研究工作发表后,Nanotechweb.org官网中Labtalk News还以Porous and single crystalline nanobelts prove promising sensing nanomaterials为标题予以报道。

此外,研究人员还设计合成了三维氧化锡纳米分级结构,并通过调控分级纳米结构的形貌实现其气敏性能的优化。基于微观结构表征分析,发现具有大量表面缺陷和位错的纳米分级结构表现出最佳的敏感性能,揭示了纳米分级结构形貌演化与其敏感性能的内在关联性。构筑的纳米气敏传感器对典型的挥发性有机化合物(VOCs)表现出较高的敏感响应(对丙酮的检测限低至ppb级),以及良好的稳定性和重复性(4个月后,检测灵敏度最大下降仅为15%)。

上述研究进展对设计和发展高性能的纳米气敏传感器具有重要的指导意义。该研究工作得到了国家重大科学研究计划纳米专项、国家自然科学基金等项目的支持。

▲多孔单晶氧化锌纳米带气敏传感器件构筑示意图及结构表征(左上),Labtalk News报道(右),三维氧化锡纳米分级结构形貌演化及其敏感性能(左下)


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