注意纳米间隙快速灵敏的氧气传感器

氧气 (O 2 ) 不仅是我们和大多数其他生命形式的必需气体，也是许多工业过程、生物医学和环境监测应用的必需气体。鉴于 O 2的重要性和其他气体一样，许多研究人员都专注于开发和改进气体传感技术。在这个不断发展的领域的前沿是现代纳米间隙气体传感器——设备通常由一种传感材料和两个导电电极组成，这些电极被纳米级 (nm) 或百万分之一米的微小间隙隔开。当特定气体分子进入该间隙时，它们会与传感层和电极发生电子相互作用，从而改变可测量的电气特性，例如电极之间的电阻。反过来，这允许人们间接测量给定气体的浓度。

尽管纳米间隙气体传感器比密切相关的微间隙气体传感器具有更多吸引人的特性，但事实证明，对于数十纳米量级的间隙距离，它们更难以可靠地批量生产。在东京工业大学材料与结构实验室，由 Yutaka Majima 博士领导的一组科学家正在寻找制造更好纳米间隙传感器的方法。在发表在 Sensors & Actuators: B. Chemical 上的最新研究中，该团队提出了一种使用铂/钛 (Pt/Ti) 电极和氧化铈 (CeO 2 ) 传感层生产纳米间隙氧气传感器的新策略。

Majima 教授和他的团队测试了两种传感器设计。在底部接触设计中，首先将 CeO 2传感层沉积在硅基板上，然后通过电子束光刻(EBL)将两个 Pt/Ti 电极放置在 CeO 2 的顶部。借助 EBL，人们可以使用极其精确的聚焦电子束在抗蚀剂膜上绘制自定义形状。然后这允许选择性蚀刻或蒸发 Pt/Ti 区域，从而使纳米间隙电极成形。另一种设计(顶部接触)也是使用 EBL 生产的，但 CeO 2作为薄涂层施加在 Pt/Ti 电极的顶部。

通过这种制造策略，该团队设法可靠地生产出小至 20 nm 的稳定 Pt 纳米间隙，这在文献中是前所未有的。正如 Majima 博士所说：“对于 35 nm 的间隙间隔，我们的纳米间隙 O 2气体传感器在 573 K (300 °C);在相同的测量条件下，该响应时间比微间隙传感器短大约三个数量级。” 此外，他们的程序提供了比以前开发的纳米间隙气体传感器更好的可扩展性。

除了传感器设计之外，这项研究还提供了关于电子跳跃机制的重要见解，在纳米间隙中存在 CeO 2的情况下，O 2分子通过该机制调节 Pt 电极之间的电阻。总而言之，这项研究的结果为更好的气体传感设备铺平了道路，Majima 博士总结道：“我们的纳米间隙气体传感器可能是开发具有低工作温度的通用气体传感平台的有希望的候选者。 ” 在适当的时候，纳米间隙气体传感器 必将进入更多应用领域，包括可穿戴生物医学设备、工业状态监测和环境传感。

标签： 氧气传感器