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新型纳米线传感器是物联网的下一步
来源:赛斯维传感器网 发表于 2023/2/9

一种新的微型二氧化氮传感器可以帮助保护环境免受导致肺部疾病和酸雨的车辆污染物的侵害。


来自澳大利亚研究委员会变革性元光学系统tmos的研究人员开发了一种由纳米线阵列制成的传感器,每边五分之一毫米,这意味着它可以很容易地集成到硅芯片中。


在新一期《先进材料》上发表的研究中,该机构澳大利亚国立大学团队的博士学者和主要作者shiyu wei将传感器描述为不需要电源,因为它依靠自己的太阳能发电机运行。


wei说:“当我们把这样的设备集成到物联网技术的传感器网络中时,低功耗在系统尺寸和成本方面是一个巨大的优势。该传感器可以安装在您的汽车中,如果检测到废气排放的危险水平的二氧化氮,则会发出警报并发送到您的手机。


共同主要作者李喆博士说:“这个设备只是一个开始。它还可以用于检测其他气体,例如丙酮,丙酮可以用作酮症(包括糖尿病酮症)的非侵入性呼气测试,这可以挽救无数生命。


现有的气体检测仪体积庞大且速度慢,需要训练有素的操作员。相比之下,新设备可以快速轻松地测量不到十亿分之一,tmos原型使用usb接口连接到计算机。


二氧化氮是nox类别的污染物之一。除了助长酸雨外,即使是小浓度的酸雨,它也对人类有害。它是汽车常见的污染物,也是由燃气灶在室内产生的。


该装置的关键是位于底座上的纳米线形状的pn结 - 太阳能电池的引擎 - 形状为纳米线(直径约100纳米,高度为3至4微米的小六角形柱子)。由数千个间隔约600纳米的纳米线太阳能电池组成的有序阵列形成了传感器。


整个装置由磷化铟制成,基部掺杂锌以形成p部分,纳米线顶部的n部分掺杂硅。每根纳米线的中间部分(内禀部分,i)将p和n部分分开。


落在器件上的光会导致小电流在 n 和 p 部分之间流动。但是,如果pn结的固有中间部分被任何二氧化氮接触,二氧化氮是一种吸收电子的强氧化剂,这将导致电流下降。


浸渍的大小可以计算空气中二氧化氮的浓度。eme博士后李喆博士的数值建模表明,pn结的设计和制造对于放大化信号至关重要。


二氧化氮的特性——强吸附、强氧化——使磷化铟很容易与其他气体区分开来。传感器还可以通过功能化磷化铟纳米线表面来优化以检测其他气体。


tmos研究员,研究小组组长岚傅教授说:“目标是在一个小芯片上感应多种气体。除了环境污染物外,这些传感器还可以用于医疗保健,例如,用于疾病生物标志物的呼气测试。


“微型气体传感器易于集成和扩展。这与元光学相结合,有望实现具有高性能和多种功能的多路复用传感器,这将使它们能够适应智能传感网络。tmos是一个由澳大利亚各地的研究小组组成的网络,致力于推进这一领域。


“我们开发的技术将在未来几年改变我们的生活和社会,大规模实施物联网技术,在空气污染监测、工业化学品危害检测、智能城市和个人医疗保健等应用中实现实时数据收集和自主响应。

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