一種新的微型二氧化氮傳感器可以幫助保護(hù)環(huán)境免受導(dǎo)致肺部疾病和酸雨的車(chē)輛污染物的侵害。

來(lái)自澳大利亞研究委員會(huì)變革性元光學(xué)系統(tǒng)TMOS的研究人員開(kāi)發(fā)了一種由納米線陣列制成的傳感器，每邊五分之一毫米，這意味著它可以很容易地集成到硅芯片中。

在新一期《先進(jìn)材料》上發(fā)表的研究中，該機(jī)構(gòu)澳大利亞國(guó)立大學(xué)團(tuán)隊(duì)的博士學(xué)者和主要作者Shiyu Wei將傳感器描述為不需要電源，因?yàn)樗�依靠自己的太�?yáng)能發(fā)電機(jī)運(yùn)行。

Wei說(shuō)：“當(dāng)我們把這樣的設(shè)備集成到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，低功耗在系統(tǒng)尺寸和成本方面是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。該傳感器可以安裝在您的汽車(chē)中，如果檢測(cè)到廢氣排放的危險(xiǎn)水平的二氧化氮，則會(huì)發(fā)出警報(bào)并發(fā)送到您的手機(jī)。

共同主要作者李喆博士說(shuō)：“這個(gè)設(shè)備只是一個(gè)開(kāi)始。它還可以用于檢測(cè)其他氣體，例如丙酮，丙酮可以用作酮癥（包括糖尿病酮癥）的非侵入性呼氣測(cè)試，這可以挽救無(wú)數(shù)生命。

現(xiàn)有的氣體檢測(cè)儀體積龐大且速度慢，需要訓(xùn)練有素的操作員。相比之下，新設(shè)備可以快速輕松地測(cè)量不到十億分之一，TMOS原型使用USB接口連接到計(jì)算機(jī)。

二氧化氮是NOx類(lèi)別的污染物之一。除了助長(zhǎng)酸雨外，即使是小濃度的酸雨，它也對(duì)人類(lèi)有害。它是汽車(chē)常見(jiàn)的污染物，也是由燃?xì)庠钤谑覂?nèi)產(chǎn)生的。

該裝置的關(guān)鍵是位于底座上的納米線形狀的PN結(jié) - 太陽(yáng)能電池的引擎 - 形狀為納米線（直徑約100納米，高度為3至4微米的小六角形柱子）。由數(shù)千個(gè)間隔約600納米的納米線太陽(yáng)能電池組成的有序陣列形成了傳感器。

整個(gè)裝置由磷化銦制成，基部摻雜鋅以形成P部分，納米線頂部的N部分摻雜硅。每根納米線的中間部分（內(nèi)稟部分，I）將P和N部分分開(kāi)。

落在器件上的光會(huì)導(dǎo)致小電流在 N 和 P 部分之間流動(dòng)。但是，如果PN結(jié)的固有中間部分被任何二氧化氮接觸，二氧化氮是一種吸收電子的強(qiáng)氧化劑，這將導(dǎo)致電流下降。

浸漬的大小可以計(jì)算空氣中二氧化氮的濃度。EME博士后李喆博士的數(shù)值建模表明，PN結(jié)的設(shè)計(jì)和制造對(duì)于放大化信號(hào)至關(guān)重要。

二氧化氮的特性——強(qiáng)吸附、強(qiáng)氧化——使磷化銦很容易與其他氣體區(qū)分開(kāi)來(lái)。傳感器還可以通過(guò)功能化磷化銦納米線表面來(lái)優(yōu)化以檢測(cè)其他氣體。

TMOS研究員，研究小組組長(zhǎng)嵐傅教授說(shuō)：“目標(biāo)是在一個(gè)小芯片上感應(yīng)多種氣體。除了環(huán)境污染物外，這些傳感器還可以用于醫(yī)療保健，例如，用于疾病生物標(biāo)志物的呼氣測(cè)試。

“微型氣體傳感器易于集成和擴(kuò)展。這與元光學(xué)相結(jié)合，有望實(shí)現(xiàn)具有高性能和多種功能的多路復(fù)用傳感器，這將使它們能夠適應(yīng)智能傳感網(wǎng)絡(luò)。TMOS是一個(gè)由澳大利亞各地的研究小組組成的網(wǎng)絡(luò)，致力于推進(jìn)這一領(lǐng)域。

“我們開(kāi)發(fā)的技術(shù)將在未來(lái)幾年改變我們的生活和社會(huì)，大規(guī)模實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在空氣污染監(jiān)測(cè)、工業(yè)化學(xué)品危害檢測(cè)、智能城市和個(gè)人醫(yī)療保健等應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集和自主響應(yīng)。