合肥研究院開發(fā)出p型銅鐵礦氣體傳感器

近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所激光中心研究員方曉東、孟鋼團(tuán)隊(duì)在p型銅鐵礦氣體傳感器方面取得新進(jìn)展。相關(guān)成果以《基于CuAlO2表面可逆硫化-氧化反應(yīng)的超高靈敏、高選擇性H2S氣體傳感器》為題，發(fā)表于國(guó)際期刊Sensors and Actuators B: Chemical上。

開發(fā)基于氧化物半導(dǎo)體的超微型氣體傳感器，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外大氣污染物分子的快速識(shí)別檢測(cè)具有重要的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的氧化物半導(dǎo)體因具有廣譜響應(yīng)而難以走向?qū)嵱谩０不展鈾C(jī)所團(tuán)隊(duì)主要從傳感材料(表面)設(shè)計(jì)與氣體分子特征提取兩方面入手，致力于具有識(shí)別檢測(cè)功能氧化物傳感器的開發(fā)。

p型銅鐵礦(ABO2)是一類重要的功能氧化物，豐富的A、B位離子選擇為調(diào)控氣體分子與其電荷交換提供了充足的自由度，有利于高選擇性氣體傳感器的設(shè)計(jì)。此前，該課題組副研究員鄧贊紅已經(jīng)在p型銅鐵礦氣體傳感器上進(jìn)行了大量研究工作，開發(fā)了可在室溫工作、對(duì)氨氣有高靈敏、高選擇響應(yīng)的AgAlO2和CuScO2傳感器，相關(guān)成果已發(fā)表在Journal of Alloys and Compounds 和Inoganic Chemistry 雜志上。在此基礎(chǔ)上，課題組博士童彬采用簡(jiǎn)單的溶膠-凝膠制備工藝探索出一種新型CuAlO2硫化氫(H2S)氣體傳感器。

H2S是一種急性劇毒氣體，吸入少量高濃度(~500ppm)H2S可于短時(shí)間內(nèi)中毒身亡，長(zhǎng)時(shí)間暴露低濃度(~5-20ppm)H2S對(duì)眼、呼吸系統(tǒng)及中樞神經(jīng)都有損傷。我國(guó)國(guó)家職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GBZ 2.1-2007)規(guī)定工作場(chǎng)所H2S職業(yè)接觸限值(OELs)為10ppm。該課題組開發(fā)的CuAlO2型傳感器在160°C的工作溫度下，對(duì)10ppm H2S的電學(xué)響應(yīng)達(dá)到4600，對(duì)100ppm NH3、NO2和多種揮發(fā)性有機(jī)物分子的響應(yīng)小于2，表明優(yōu)異的選擇性。此外，CuAlO2傳感器還具有快速響應(yīng)特性，一旦環(huán)境中H2S的濃度高于4ppm，傳感器電阻在約1分鐘內(nèi)增加3個(gè)數(shù)量級(jí)，可及時(shí)發(fā)出警報(bào)。

在160℃下CuAlO2傳感器對(duì)10 ppm H2S的(a)選擇性和(b)可重復(fù)性