據(jù)麥姆斯咨詢報道，澳大利亞國立大學(xué)（Australian National University）的研究人員開發(fā)出了一種由納米線陣列制成的氣體傳感器，憑借小尺寸很容易集成到硅芯片中。并且，據(jù)論文主要作者Shiyu Wei介紹，這款傳感器不需要電源，能夠通過太陽能為自己供電。
Wei補充稱：“將這樣的器件集成到物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，其低功耗在系統(tǒng)規(guī)模和成本方面提供了巨大的優(yōu)勢。這種傳感器還可以安裝在汽車?yán)?，如?a target="_blank">檢測到尾氣中排放的二氧化氮（NO2）超標(biāo)，能夠發(fā)出警報并將信息發(fā)送至手機?！?/p>
該論文共同主要作者Zhe Li博士說：“這款傳感器還只是一個開始。該技術(shù)還可以檢測其他氣體，如丙酮。丙酮可以作為酮癥（包括糖尿病酮癥）的非侵入性呼吸測試，這可以挽救無數(shù)人的生命?！?/p>
現(xiàn)有的氣體探測器通常體積大、速度慢，并且需要訓(xùn)練有素的操作人員。相比之下，研究人員開發(fā)的這種自供電氣體傳感器可以在沒有電源的情況下，實現(xiàn)對1 ppm NO2的84%感測響應(yīng)，并記錄了低至亞ppb濃度水平的檢測極限。并且，該傳感器對入射光強度的依賴較小，即使在小于5%的太陽光照下也可以運行。
NO2是氮氧化物類污染物之一。它不僅會導(dǎo)致酸雨，而且即使在濃度很小的情況下，也會對人體造成危害。NO2是常見的汽車排放污染物，室內(nèi)煤氣灶也會產(chǎn)生NO2。
該器件的關(guān)鍵是一個PN結(jié)——太陽能電池引擎——位于基底上的納米線（直徑約100納米、高3~4微米的微型六邊形柱）。該傳感器包含了由數(shù)千個間隔約600納米的納米線太陽能電池組成的有序陣列。
整個器件由磷化銦（InP）制成，基底摻雜鋅以形成P型區(qū)，納米線尖端的N型區(qū)摻雜硅。每個納米線的中間部分是未摻雜的（本征部分，I），將P和N型區(qū)分開。
照射在器件上的光會導(dǎo)致微電流在P和N型區(qū)之間流動。當(dāng)PN結(jié)的本征中間部分接觸到NO2（一種會吸走電子的強氧化劑），會導(dǎo)致電流下降。
利用這種電流變化，可以實現(xiàn)空氣中NO2濃度的檢測。澳大利亞國立大學(xué)電子材料工程系博士后Zhe Li經(jīng)過數(shù)值模擬表明，PN結(jié)的設(shè)計和制造對于信號最大化至關(guān)重要。
NO2的特性——強吸附、強氧化——使磷化銦很容易將其與其他氣體區(qū)分開來。該傳感器還可以進一步優(yōu)化，通過使磷化銦納米線表面功能化以檢測其他氣體。
研究團隊負責(zé)人Lan Fu教授表示：“最終目標(biāo)是在一顆微芯片上感測多種氣體。除了環(huán)境污染物，這些傳感器還可以用于醫(yī)療保健，例如疾病生物標(biāo)志物的呼吸測試等。這種微型氣體傳感器易于集成和擴展。與超構(gòu)光學(xué)元件相結(jié)合，有望實現(xiàn)具有高性能和多功能的多路復(fù)用傳感器，適用于智能傳感網(wǎng)絡(luò)?！?/p>
Lan Fu教授補充說：“我們開發(fā)的技術(shù)有望在未來幾年改變我們的社會和生活，大規(guī)模部署這種智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進行實時數(shù)據(jù)采集和自動響應(yīng)，可用于空氣污染監(jiān)測、工業(yè)化學(xué)品危害檢測、智慧城市以及個人醫(yī)療保健等領(lǐng)域?！?/p>
審核編輯：劉清