预警传感器嗅出城市的有害气体

时间:2020-05-06 23:26 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

预警传感器嗅出城市的有害气体

集成的检测装置可以构成分布式空气质量传感器网络的基础。

如果有毒的工业和汽车废气超过安全水平,电子传感器就会发出警报,这种设计可能会使许多城市的空气更清洁。KAUST的研究人员已经开发出一种小型、低成本的设备,可以感知二氧化氮(NO2);它可以部署在城市周边的潜在热点地区,如果有害气体水平开始上升,就会向当局发出警报。

大多数现有的二氧化氮探测器都是大型、复杂的机器,适合实验室使用,而这种紧凑的新设备被设计成空气质量传感器分布式网络的一部分。领导这项研究的Khaled Salama实验室的博士生Mani Vijjapu说:“我们的传感器对NO2表现出很高的灵敏度和选择性,在室温下工作,功耗很低。”

然而,与之前的设计相比,最大的优点是气体探测器将所有必要的传感和信号处理组件集成在一个简单的、完全集成的系统中,Vijjapu说。尽管简单,该设备的输出信号根据NO2浓度而变化。

该气体探测器的高性能、低功耗和完全集成的设计都源于该设备核心的no2传感薄膜晶体管。以前的传感器使用的金属氧化物对二氧化氮敏感,只有在加热或连续照射光的情况下。这一次,研究小组使用了一种名为铟镓氧化锌(IGZO)的半导体。“作为一种气体传感器,基于igzo的薄膜晶体管具有多方面的优点,”萨拉马团队的博士后研究员桑迪普·苏亚(Sandeep Surya)说。

IGZO薄膜晶体管既是器件的电子元件,也是no2传感层。强接受电子的no2分子被吸引到晶体管表面的电子上。附着在IGZO上的NO2分子越多,从IGZO表面消耗的电子就越多,从而改变了它的电子输出,并触发了NO2检测警报。

在检测事件后,传感器通过从集成的蓝色LED恢复IGZO层来复位。与太阳能电池类似,光在IGZO中产生带负电荷的电子和带正电荷的空穴,从而中和被吸附的二氧化氮并将其从表面释放出来。Surya说:“这是第一个在室温下实现传感和复兴半导体金属氧化物薄膜晶体管传感器的研究。”

“下一步是将我们的研究转化为原型,甚至是与工业界合作的产品,”Salama说。“我们也有兴趣探索其他材料,以检测环境中的其他有害气体。”

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