美开发碳纳米管高灵敏微型气体传感器(图)

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　　美国伦斯勒工业学院（Rensselaer PolytechnIC Institute）材料科学工学系与机械工学系的联合研究小组，日前使用碳纳米管成功开发出了微型气体传感器样品，能够非常灵敏地定量及定性分析大气中的各种气体。材料科学工学系教授Pulichel M. Ajayan（照片）和机械工学系副教授Nikhil Koratkar，就此次研究成果的应用前景回答了记者的提问。　　此次的研究内容已刊登在2003年7月10日出版的英国科学杂志《自然》上。如图中所示，该传感器结构非常简洁。制作方法是：首先利用CVD（化学气相沉积法）在SiO2（二氧化硅）底板上生成MWCNT（多层碳纳米管）。主要以去年开发的方法为基础。MWCNT的直径约25～30nm，长约30μm，各MWCNT分别以大约50nm的间隔排列。在MWCNT两端加上厚约180μm的绝缘玻璃板，然后再用铝膜覆盖起来，气体传感器即告完成。图中所示的传感器尺寸为，宽约20mm，长约20mm，厚约700μm。　　利用气体传感器测定周围的气体成分时，以MWCNT端为阳极（+）铝膜端为阴极（-），施加直流电压。在MWCNT顶端，很低的电压就会产生强电场，从而在周围离子化气体中发生介质击穿（DieleCTRic Breakdown）现象。试验结果显示，发生介质击穿时的电压因气体种类的不同而明显不同，可以进行定性分析。可分析的气体种类范围很广，甚至还能适用于氩气（Ar）和氦气（He）等惰性气体。另外，介质击穿电压尽管不取决于气体浓度，但已经知道的是所产生的电流值与浓度对数呈正比。这一结果表明能够进行气体的定量分析。　　对于开发此传感器的目的，Ajayan和Koratkar向记者作了如下解释：规格方面，小型、轻量，便于便携，不依赖于气温、气压和湿度就能准确地对气体进行定量及定性分析。另有美国媒体评论说：“为了对付恐怖主义，必须要有能够实时测定大气中气体成分和含量的传感器”。Ajayan在1990～93年间，曾作为博士研究员在位于日本筑波市的NEC基础研究所，从事过碳纳米管的研究，目前仍与日本保持着密切关系。