納米敏感材料與納米傳感器進(jìn)展

在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院的支持下，智能所劉錦淮研究員課題組在新型納米敏感材料和納米傳感器方面取得一系列成果。近期發(fā)表在《納米技術(shù)》（Nanotechnology）的研究成果更是得到國(guó)內(nèi)外同行專家的肯定與關(guān)注，不僅被選為該雜志的封面，而且英國(guó)物理學(xué)會(huì)（IOP）還在其（http://nanotechweb.org/cws/article/tech/38338）作了特別報(bào)道（TECHNOLOGY UPDATE），報(bào)道指出：“來(lái)自中國(guó)的研究人員通過(guò)煅燒硫化物前驅(qū)體的方法制備了一種具有多孔結(jié)構(gòu)的單晶半導(dǎo)體氧化物納米材料。……這種多孔單晶納米材料有望成為制作高靈敏度和穩(wěn)定傳感器的新一代材料。” 
    國(guó)外大量研究報(bào)道都指出：多晶結(jié)構(gòu)敏感材料的靈敏度高而穩(wěn)定性差而單晶結(jié)構(gòu)材料穩(wěn)定性高靈敏度卻大大降低。由此，如何平衡靈敏度與穩(wěn)定性二者之間的關(guān)系，獲得高靈敏度的同時(shí)又保證其具有良好的穩(wěn)定性，成為半導(dǎo)體敏感材料研究領(lǐng)域一大挑戰(zhàn)。
    該課題組前期曾對(duì)高粗糙度的三元復(fù)合敏感薄膜開(kāi)展研究，結(jié)果顯示比表面積對(duì)于敏感材料的靈敏度具有關(guān)鍵性影響，比表面越大靈敏度越高，且響應(yīng)越迅速。同時(shí)，對(duì)于微納分級(jí)結(jié)構(gòu)的單晶ZnO納米棒的研究發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。
    基于上述前期研究成果，該課題組提出并設(shè)計(jì)了多孔的單晶結(jié)構(gòu)ZnO納米材料（Nanotechnology，20（2009），2550），既保證了其單晶穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，又獲得了高的比表面積。研究發(fā)現(xiàn)：多孔結(jié)構(gòu)大大提高了材料的比表面積（大約是非多孔材料的兩倍），獲得的敏感材料對(duì)室內(nèi)空氣污染物——甲醛和氨靈敏度高，響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間短；同時(shí)，納米材料的單晶結(jié)構(gòu)保證了其敏感性能的穩(wěn)定。其研究成果為納米半導(dǎo)體敏感材料研究領(lǐng)域開(kāi)辟了一條有效解決如何兼?zhèn)涿舾行院头€(wěn)定性的途徑，突破了現(xiàn)有瓶頸，為其走向?qū)嶋H應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
    此外，課題組科研人員還采用水熱法合成了具有多孔結(jié)構(gòu)的CdO納米線和In2O3納米空心球氣敏材料，這些具有高比表面積的多孔納米材料不僅增強(qiáng)了對(duì)氣體分子的吸附能力，而且為氣敏反應(yīng)提供了更多的活性位點(diǎn)，基于此構(gòu)筑的氣體傳感器體現(xiàn)出高的靈敏度和短的響應(yīng)、恢復(fù)時(shí)間。
    該課題組的科研人員以上述研究成果作為工作基礎(chǔ)，正繼續(xù)深入發(fā)掘納米傳感器的性能，有望在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)上繼續(xù)取得新突破。
    （《納米技術(shù)》（Nanotechnology），doi: 0.088/0957-4484/20/2/2550，Jinyun Liu，Jinhuai Liu）

納米敏感材料與納米傳感器進(jìn)展