新型的二氧化氮气体预警传感器,净化城市空

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工业化的社会带来了科技日新月异的发展,却也带来严重的环境问题,比如空气污染。

我们每分每秒都在呼吸空气,空气质量对我们的健康有着深远的影响。但是由于汽车尾气和工业废气的排放,产生的废气直接排放到空气中造成空气污染,导致各种健康问题的出现。这就使得发展低成本、高效率、高灵敏度的传感器检测空气中的污染性气体变得尤为迫切。

我们常常以PM2.5,即直径小于2.5微米的颗粒物的浓度来评价空气污染程度。其中氮氧化物(NOx)是导致PM2.5的主要成分之一。因此监控空气中的二氧化氮(NO2),并部署在城市的周围、甚至是汽车尾气排放端口或是工业排放出口,有助于氮氧化物的排放监控和控制。

现有的大多数NO2检测设备都是基于实验室设备,精度高但是操作复杂,设备昂贵,限制了空气监测点的大规模部署。

近期,有研究人员开发了一款基于铟镓锌薄膜晶体的半导体集成传感器。该集成的传感器对NO2表现出非常高的灵敏度和选择性,并且可以在室温下以非常低的功耗进行运行检测。

NO2气体的核心传感元件在于铟镓锌氧化物(IGZO)的半导体薄膜晶体管。

这种材质的薄膜表面富含电子,NO2分子容易吸附到薄膜表面电子上。当吸附的分子越多,薄膜表面的电子消耗的也就越多,从而改变其电信号的输出并触发NO2监测警报。

在完成监测任务后,通过使用集成的LED灯发出的光将吸附的NO2分子释放出来,即可恢复IGZO电子层,从而能够再次激活传感器使用。实验验证,这种新型传感器对NO2的检测限可低至ppb(十亿分之一)量级。

当然,该NO2气体传感器的最大优势在于其将气体检测器所要的传感元件和信号处理组件集成到一个微系统中,输出信号随着NO2浓度变化而变化,形成一个独立的、完整的传感器件。

在室温下实现NO2的检测,并且通过可见光激活恢复器件的传感功能,这就使得在城市中或汽车中大规模部署NO2气体传感器成为可能,为低廉、高效、高灵敏度的气体检测系统铺平了道路。我们相信这种低廉的有害气体传感器的应用对空气质量的控制起着积极的作用。

参考资料:ManiTejaVijjapu,SandeepG.Surya,SaravananYuvarajaetal.,FullyIntegratedIndiumGalliumZincOxideNO2GasDetector,ACSSENSORS,DOI10./acssensors.9b




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