在未来气体传感器的发展方向到底是怎样的?

2020-08-16 11:08:12 湖南赛西 17

近年来,人们在享受由于工农业发展、科技进步等所带来便利的同时,也面临着由于社会发展过程中的不当行为产生的威胁,如环境污染等,其中最重要的是室内和室外的大气污染,因此,人们越来越多地关注身边的气体信息,在此过程中,气体传感器显得十分重要,发展和设计具有较高性能的新型气体传感器也变得越来越重要。


随着先进科学技术的发展,气体传感器发展的趋势是微型化、智能化和多功能化,因此深入研究和掌握有机材料、无机材料、生物材料与其他各种材料的特性及相互作用,理解各类气体传感器的工作原理和作用机理,正确选择各类传感器的敏感材料,灵活运用微机械加工技术、敏感薄膜形成技术、微电子技术、光纤技术等,使传感器性能最优化是气体传感器的发展方向。


总体来说,未来的气体传感器研究需要在三个方面努力,即新气敏材料的研究开发、新型气体传感器的研制和气体传感器的智能化及多功能化。


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1.4.1新气敏材料的研究开发

气体传感器的核心是气敏材料,因此,更加深入地探索和寻求能适用于大规模气体传感技术的新型高效气敏材料仍然是一项非常重要的研究课题。对气体传感器材料的研究表,到目前为止,金属氧化物半导体材料(ZnOSiO2Fe2O3)、高分子半导体材料、电解质等已趋于成熟,但是这些材料都是传统的宏观材料。


当前这方面的工作主要有两个方向:一是利用化学修饰改性方法,对现有气敏材料进行掺杂、改性和表面修饰等处理,对合成材料工艺进行改进和优化,提高气体传感器的稳定性和选择性;二是研究开发新的气敏材料,如复合型和混合型半导体气敏材料、高分子气敏材料,使这些新材料对不同气体具有高灵敏度、高选择性、高稳定性,但是对该方面的研究并不能满足当前人们对气体传感器微型化的求。所以,利用纳米材料作为气敏材料应该成为新型气敏材料研究的重点。也就是说,由于新型气敏材料的创新研究是未来对社会发展、环境监测、农业监测、医药监测等领域最有影响力的战略研究,纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。


纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象,也是纳米科技中最活跃、最接近应用的重要组成部分,因此以纳米材料为气敏材料的研究也越来越受到人们的关注和青睐探寻纳米材料的气敏特性是当前气体传感器研究领域的重中之重,也是当前最活跃的研究热点之一。探寻具有何种结构、何种尺寸和何种组分的纳米材料适用于具有较高灵敏度、较好选择性、较快响应速和较高稳定性的新型气敏材料纳米材料的结构和由子特性与气材料的气性能之间的关系,纳米材料的气敏机理等,将是当前乃至未来很长一段时间内的研究重点。本书也将在这方面重点介绍。


1.4.2新型气体传感器的研制

沿用传统的气敏工作原理和某些新效应,同时满足新型传感器的高性能,优先使用纳米材料(如零维的团簇或颗粒,一维的纳米线纳米管或纳米带,二维的纳米薄膜、纳米盘等),采用先进的加工技术和微结构设计,研制新型传感器及传感器系统,如微型化的半导体气体传感器等。随着新材料、新工艺和新技术的应用,完善气体传感器的性能(灵敏度、选择性、稳定性和响应速度等),使传感器的小型化、微型化和多功能化具有长期稳定性好、使用方便、价格低廉等优点。


1.4.3气体传感器智能化及多功能化

随着生活水平的不断提高和对环保的日益重视人们对气体传感器提出了更高的要求,如智能化和多功能化。而纳米材料研究的飞速发展和纳米技术的日趋成熟为气体传感器的智能化及多功能化提供了很好的前提条件。如何在传统气体传感器中开发新功能及加入智能化是当前气体传感器的另一个研究重点。同时气体传感器将充分结合微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、传感器技术故障诊断技术、智能技术等多学科综合技,实现气体传感器与其他仪器或产品的有效合并,从而研制能同时监测多种气体的全自动数字式的智能气体传感器。


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