隨著生活水平的提高，以及對環(huán)境污染的越來越重視，人們對生活頻率較高的場所對身體健康的影響越來越重視。因此，對空氣質(zhì)量監(jiān)控的需求也越來越大，這一塊的應(yīng)用，未來將成為相關(guān)企業(yè)業(yè)務(wù)的增長點。
人們對有害氣體的檢測有更高的需求
氣體傳感器裝置出現(xiàn)已經(jīng)有一段時間了，但功能和便捷度還有很大的提升空間，以滿足日益精細化的需求。紅外光譜、激光吸收光譜和質(zhì)譜設(shè)備等混合氣體分析裝置，雖然能夠準確檢測氣體中含有的污染物，但是這些設(shè)備大多比較昂貴，而且檢測起來也不夠便捷，對于室外檢測還缺乏足夠的應(yīng)用條件。
一段時間以來，緊湊型氣體傳感器以便攜、檢測功能全面等特點，已經(jīng)引起了相當(dāng)高的關(guān)注。在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對有害揮發(fā)性氣體和化合物的檢測，已經(jīng)有了相應(yīng)的應(yīng)用。對化學(xué)制造、醫(yī)藥生產(chǎn)、環(huán)境控制、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域都有非常重要的作用。
但是，人們對有害氣體檢測的靈敏度、響應(yīng)時間、便捷性和成本控制有著更高的要求?；谛滦图{米結(jié)構(gòu)薄膜的傳感器似乎能夠解決這一需求。
金屬氧化物薄膜氣體傳感器
其實，金屬氧化物薄膜很早就用在了氣體傳感器領(lǐng)域，因為其具有檢測范圍廣、便捷易用、成本較低、結(jié)構(gòu)簡單的特點。
金屬氧化物薄膜中包含多種氣敏材料，不同氣體會影響薄膜的電容、質(zhì)量、功函數(shù)、導(dǎo)電性以及光學(xué)特性。還有一些氣敏材料可以在氣體、固體相互作用下產(chǎn)生能量。通過這些特性，就可以檢測污染氣體的存在以及含量。
但是，普通的金屬氧化物薄膜氣體傳感器仍有缺陷，比如檢測的響應(yīng)時間、恢復(fù)時間，這些特性會直接影響氣體傳感器的靈敏度和二次檢測性能。
新型納米薄膜氣體傳感器
納米技術(shù)的迅速發(fā)展，為解決薄膜氣體傳感器提供了新的思路。任何上層應(yīng)用的突破，都離不開基礎(chǔ)應(yīng)用的革新。近年來，納米顆粒、金屬氧化物納米線和納米帶等半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了規(guī)?；⒐I(yè)化生產(chǎn)，為研發(fā)新型納米結(jié)構(gòu)金屬氧化物薄膜氣體傳感器提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。
氧化鎳納米薄片氣體傳感器
通過金屬氧化物的納米結(jié)構(gòu)化，可以有效提升傳感器表面的氣體物質(zhì)吸附性，在相同的感測器件條件下，可以提升傳感器的靈敏度。同時，納米金屬氧化物薄膜具有催化活性，吸附氣體分子后，可以縮短傳感器的響應(yīng)時間，提高檢測效率。
添加聚合物的納米薄膜傳感器
研究表明，將聚苯胺和聚吡咯等導(dǎo)電聚合物通過有機場效應(yīng)晶體管的形式，在絕緣襯底上刻畫納米圖案，可以對極低濃度的有機化合物，如三硝基甲苯等硝基芳香族爆炸物進行有效的檢測。
添加聚合物的納米薄膜氣體傳感器并不能提高傳感器的靈敏度，但是提供了一個新的思路，即添加不同的聚合物可以對特殊的危害氣體進行極低濃度的檢測。另外，不同的聚合物，如碳納米管、金屬氧化物顆粒或石墨烯薄片等可以滿足不同市場對不同應(yīng)用的個性化需求。
石墨烯基薄膜氣體傳感器
由于原始石墨烯的零帶隙半金屬電子特性，而且厚度只有原子級別，因此還需要對其表面進行功能化處理，才能具有更好的氣體分子檢測能力。
通過進一步的研究表明，諸如碳納米管和功能氧化石墨烯等石墨烯衍生物，具有非常大的表面體積比，因而其整個原子層都可以充分接觸到氣體分子，進而在氣體檢測方面擁有巨大的優(yōu)勢。同時，功能氧化石墨烯由于在原始石墨烯的基礎(chǔ)上進行了化學(xué)修飾，其表面吸收氣體分子的能力進一步加強，提高了向傳感器電極傳遞信息的效率，檢測靈敏度獲得了大幅提升。
帶有叉指電極和金屬納米顆粒修飾石墨烯通道的氣體傳感器
雖然研究已經(jīng)取得了很大的進展，但是離真正的商業(yè)化還有一些距離。為了保證氣體傳感器的重復(fù)利用性和質(zhì)量標準化，在納米結(jié)構(gòu)的制造過程中，要保證其形態(tài)、厚度和成分的標準性和一致性。
以石墨烯基納米薄膜氣體傳感器為例，只要每個傳感器的納米結(jié)構(gòu)在形態(tài)、厚度和成分上有絲毫的差別，其耐用度、重復(fù)使用性、響應(yīng)時間、恢復(fù)時間都會出現(xiàn)差異。也就是說，要想有穩(wěn)定的品質(zhì)，必須保證生產(chǎn)的納米結(jié)構(gòu)高度一致，且符合質(zhì)量標準，這就對納米制造工藝提出了極高的要求。
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