基于超薄多孔ZnO基异质纳米带的阵列传感器件及其敏感性能研究

Developing nanosensors with high sensitivity, high stability and selectivity has been the focus of current sensor. To solve this problem, the project will employ a typical sensitive material ZnO as an example to explore the controllable preparation of its ultra-thin and porous heterogeneous nanobelt, and further fabricate sensors array with single few-layered heterostructure nanobelt with more sensing units. Through designing ultra-thin and porous nanostructure, the sensitivity and response/recovery time of the sensor will be improved, which leads to a fast trace detection. At the same time, the stability of single crystal nanobelt will ensure the sensing signal reliability of the fabricated nanodevice during the long-term work. In addition, characteristic sensitive responses of different sensing units toward the detected gases will improve its the selectivity. The expected achivements will offer new ideas and theoretical basis for developing novel sensing nanomaterials to fabricate highly sensitive, stable and selective sensors.

发展高灵敏、高稳定性及选择性的纳米传感器件是当前传感器研究的焦点。针对此关键问题，本项目拟以敏感材料ZnO为研究对象，探索超薄结构的多孔ZnO基异质纳米带的可控制备，并在其多敏感单元集成的单根超薄异质纳米结构上构筑传感器阵列。研究与各单组分超薄纳米结构的敏感性能差异，揭示异质超薄纳米结构的敏感机理；通过设计超薄、多孔的纳米结构提高传感器的灵敏度以及响应/恢复时间，实现快速痕量检测；同时，基于纳米带单晶结构的稳定性，保证器件在长期工作中敏感信号的可靠性；此外，结合传感器阵列技术获取待测气体的特征敏感响应，改善其检测的选择性。最终为发展新型纳米敏感材料，构筑高灵敏、高稳定性以及选择性的纳米传感器件提供新思路和理论依据。

近年来，我国对于环境中危害性气体的检测与实时监控显得尤为迫切。敏感材料作为传感器的核心，其性能的优劣直接影响到气体传感器的检测与应用。纳米科技的兴起为传感器敏感性能的改善带来了新的机遇。然而，研制出低检测限、高灵敏度以及稳定性好和选择性高的纳米传感器件，仍然是当前传感器研究所面临的瓶颈。发展高灵敏、高稳定性及选择性的纳米传感器件是当前传感器研究的焦点。针对此关键问题，本项目提出利用功能性多重结构复合的气敏性氧化物纳米材料构筑纳米传感器件的新思路。拟以敏感材料ZnO为研究对象，探索超薄结构的多孔ZnO基异质纳米带的可控制备方法，在其多敏感单元集成的单根超薄异质纳米结构上构筑出传感器阵列。预期研究成果将为发展新型纳米敏感材料，构筑高灵敏、高稳定性以及选择性的纳米传感器件提供新思路和理论依据，对推动纳米传感技术的发展具有重要的科学意义。主要研究成果有：（1）基于超薄、多孔的异质纳米结构大大提高传感器的灵敏度并缩短其响应/恢复时间，实现快速痕量检测、纳米带的单晶结构将有助于提高纳米传感器长期工作的稳定性和重复性、同时，结合传感器阵列技术获取待测气体的特征敏感响应，改善其检测的选择性；（2）并通过研究与各单组分超薄纳米结构的敏感性能差异，揭示异质超薄纳米结构的敏感机理；（3）相关研究成果已在国外有影响力的期刊发表，共发表SCI论文15篇，授权国家发明专利5项，培养研究生5名。