研究院开发基于氧化物半导体的超微型气体传感器

近期，中科院合肥研究院安徽光机所激光中心方晓东研究员、孟钢研究员团队在p型铜铁矿气体传感器方面取得新进展。相关成果以《基于CuAlO2表面可逆硫化-氧化反应的超高灵敏、高选择性H2S气体传感器》为题，发表于国际知名传感器类期刊Sensors and Actuators B： Chemical杂志上。

开发基于氧化物半导体的超微型气体传感器，实现室内外大气污染物分子的快速识别检测具有重要的应用前景。传统的氧化物半导体因具有广谱响应而难以走向实用。安光所团队主要从传感材料（表面）设计与气体分子特征提取两方面入手，致力于具有识别检测功能氧化物传感器的开发。

p型铜铁矿（ABO2）是一类重要的功能氧化物，丰富的A、B位离子选择为调控气体分子与其电荷交换提供了充足的自由度，有利于高选择性气体传感器的设计。此前，该课题组邓赞红副研究员已经在p型铜铁矿气体传感器上进行了大量研究工作，开发了可在室温工作、对氨气有高灵敏、高选择响应的AgAlO2和CuScO2传感器，相关成果已发表在Journal of Alloys and Compounds和Inorganic Chemistry杂志上。在此基础上，课题组童彬博士采用简单的溶胶-凝胶制备工艺探索出一种新型CuAlO2硫化氢（H2S）气体传感器。

H2S是一种急性剧毒气体，吸入少量高浓度（~500ppm）H2S可于短时间内中毒身亡，长时间暴露低浓度（~5-20ppm）H2S对眼、呼吸系统及中枢神经都有损伤。我国国家职业卫生标准（GBZ 2.1-2007）规定工作场所H2S职业接触限值（OELs）为10ppm。该课题组开发的CuAlO2型传感器在160°C的工作温度下，对10ppm H2S的电学响应达到4600，对100ppm NH3、NO2和多种挥发性有机物分子的响应小于2，表明优异的选择性。此外，CuAlO2传感器还具有快速响应特性，一旦环境中H2S的浓度高于4ppm，传感器电阻在约1分钟内增加3个数量级，可及时发出警报。

以上研究工作得到了国际合作和国家自然科学基金等项目的支持。

在160℃下CuAlO2传感器对10 ppm H2S的（a）选择性和（b）可重复性