聚苯胺纳米线二氧化碳传感器的研究

The detection of carbon dioxide is difficult due to its chemical inertness, and this has led to the great challenge in the development of carbon dioxide sensors. The goal of this project is to achieve an applied research for the integration of molecular simulation technology, nanotechnology with nano-chip technology to develop a low cost, low-energy consumption, highly sensitive and selective polyaniline nanowire carbon dioxide sensor based on our previous study. The research is divided into three parts： i) improving the sensitivity and selectivity of polyaniline for carbon dioxide sensing by the optimization of its molecular structure and chemical composition using molecular simulation techniques; ii) making the polyaniline carbon dioxide sensor possible to obtain ultra fast detection of carbon dioxide at low concentrations by using the high surface-to-volume ratio and the high surface activity of the polyaniline nanowire as the deecting element; and iii) enhancing the sensing performances (sensitivity, selectivity and reliability) of polyaniline nanowires carbon dioxide sensor by using the nanowire array.

二氧化碳由于其化学惰性，使其难被探测，这为二氧化碳传感器的研发带来了挑战。本项目基于我们前期研究的基础上，拟将分子模拟技术、纳米技术、纳米芯片技术相结合，致力于低成本、低能耗，且具较高灵敏度、选择性的聚苯胺纳米线二氧化碳传感器的应用研究。主要从以下几个方面开展该项研究：首先，通过分子模拟技术优化聚苯胺的分子结构和化学组成，以提高其对二氧化碳的灵敏度和选择性；接着，利用纳米线高表面/体积比和高表面活性，使聚苯胺纳米线传感器获取在低浓度二氧化碳的快速响应；最后，采用纳米线阵列进一步改善聚苯胺纳米线二氧化碳传感器的综合性能（灵敏度、选择性和可靠性）。

本项目顺利完成了原定研究任务,并新增加了聚苯胺应变传感器、二维材料（石墨烯、黑鳞、锡烯、锗烯、硅烯等）气敏传感器、应变传感器和微纳器件的基础研究内容，最大限度地发挥了国家自然科学基金青年基金项目的作用。项目原定成果目标：发表SCI 论文4 篇，申请专利1项，培养专业人才3-4名。项目实际取得成果：①项目申请人以第一作者/通讯作者公开发表高水平论文SCI源刊论文26篇（包括：ESI高倍引论文2篇，Journal of Materials Chemistry C封面论文1篇，年度热点论文2篇，中科院JCR分区一区7篇，二区17篇，三区2篇），Science China Materials期刊论文1篇，以及EI收录国际会议论文10篇。②独立出版学术专著1部，以第一作者参编Springer外文学术专著1章，以第一主编出版本科教材2本，学术著作已标注项目号。③获受理/授权相关专利及软件著作24项（发明专利11项，实用新型12项，软件著作1项）。④项目负责人陈显平先后入选“广西高校首批海外高层次人才百人计划”和重庆市“百名海外高层次人才集聚计划”，获聘第三代半导体产业技术创新战略联盟技术委员，受邀担任EuroSimE国际学术研讨会学术委员会执行委员，受邀以Guest Editor在 SCI期刊《Advances in Condensed Matter Physics》组织领域专辑。⑤直接培养博士研究生1名，硕士研究生6名（研究生均获得2016年国家奖学金）。⑥与德国卡尔斯鲁厄理工学院、凯泽斯劳滕应用科学大学、荷兰代尔夫特理工大学、清华大学微电子学研究所、南京理工大学、中国科学院苏州生物医学工程技术研究所相关研究团队建立了直接合作关系。⑦项目部分专利成果已经开始向企业转化，并获得了3项科技开发项目资助，主导开发的“么么智能照明系统”参加2015第二届中国电科“熠星”创新创意大赛直接进入决赛，并获创业启动基金支持和天使基金意向投资。⑧与德国凯泽斯劳滕应用科学大学Prof. Dr. Sven Ingebrandt联合申报了德国洪堡基金。