什么是纳米传感器？

纳米技术是研究尺寸为01 ~ 100 nm的物质组成体系的运动规律和相互作用以及实际应用中可能出现的技术问题的科学技术。纳米技术的发展不仅为传感器提供了优异的敏感材料，如纳米粒子、纳米管、纳米线、纳米薄膜等。，还为传感器制造提供了许多新方法，如纳米技术中的关键技术STM，以及研究对象正在向纳米尺度过渡的MEMS技术。与传统传感器相比，纳米传感器的性能有了很大的提高，如尺寸减小、精度提高等。更重要的是，利用纳米技术制作的传感器是在原子尺度上，极大地丰富了传感器的理论，提升了传感器的制造水平，拓宽了传感器的应用领域。纳米传感器在生物、化学、机械、航空、军事等领域得到了广泛的发展。湖南长沙索普测控技术有限公司成功研发了电阻应变式纳米压力传感器。这种电阻应变式纳米薄膜压力传感器测量精度高、灵敏度高、体积小、重量轻、安装维护方便。是测量压力参数的稳定可靠的科技创新产品。利用一些纳米材料的巨磁电阻效应，科学家们开发了各种纳米磁传感器[2]。在生物传感器中，纳米颗粒、多孔纳米结构和纳米器件都取得了令人满意的应用[3]。在光纤传感器的基础上发展起来的纳米光纤生物传感器，不仅具有光纤传感器的优点，而且大大缩小了微米传感器的尺寸，缩短了响应时间，满足了单细胞内微创实时动态测量的要求[4]。

2纳米气体传感器的研究现状

随着工业生产和环境检测的迫切需要，纳米气体传感器取得了很大的进展。零维金属氧化物半导体纳米颗粒、碳纳米管和二维纳米薄膜都可以作为敏感材料构成气体传感器。这是因为纳米气体传感器具有常规传感器不可替代的优势:一是纳米固体材料具有巨大的界面，提供了大量的气体通道，从而大大提高了灵敏度；二是工作温度大大降低；第三，传感器的尺寸大大减小[5]。

2.1基于金属氧化物半导体纳米粒子的纳米气体传感器

在气体传感器的研究中，主要方向之一是通过改变敏感材料(如以SnO2、ZnO、TiO2、Fe2O3为代表的金属氧化物半导体气体传感器)在气体环境中的电导来制作气体传感器。目前实用的气体传感器采用纳米二氧化锡薄膜，用作可燃气体泄漏报警器和湿度传感器。在这些纳米敏感材料中加入贵金属纳米粒子(如Pt、Pd)，大大增强了选择性，提高了灵敏度，降低了工作温度。其性能的具体改善程度与贵金属纳米粒子的粒径、化学状态和分布有关。北京大学王元等[6]做了一个TiO 2/PTO？Pt双层纳米膜作为一种敏感材料作为检测氢气的气体传感器。该敏感材料的制备方法如下:首先在玻璃基底上覆盖一层由Pt纳米粒子组成的表面氧化的多孔连续膜，其中Pt纳米粒子的直径约为1？3 nm，膜厚约100 nm，然后在PtO？Pt膜被TiO2膜覆盖，其中TiO2纳米颗粒的直径范围从3？4 nm到5？4 nm，平均直径4？1纳米.传感器的工作温度为180 ~ 200℃，PtO？Pt多孔膜作为催化剂，使TiO2 _ 2纳米膜部分还原氢气，使传感器对空气中的氢气表现出很高的灵敏度和选择性，即使在CO、NH3、CH4等还原性气体存在的情况下也是如此，与以往检测氢气的钛基传感器相比有显著提高。Raül Dìaz等人[7]通过无电金属沉积将Pt沉积在SnO2纳米颗粒的表面上。结果表明，该方法有助于提高气敏催化剂的性能。作为两种主要的贵金属添加剂，铂和钯与基底具有不同的相互作用。Pd倾向于嵌入纳米SnO2颗粒中，而Pt倾向于形成大的金属颗粒簇。与传统方法相比，化学镀形成的催化剂的不同化学状态为研究催化剂对气体检测机理的影响提供了新的方法。

2.2利用单壁碳纳米管制作气体传感器

碳纳米管具有一定的吸附特性。由于吸附的气体分子与碳纳米管相互作用，费米能级的变化导致其宏观电阻发生很大变化。通过检测其电阻的变化，可以检测气体成分，因此单壁碳纳米管可以用作气体传感器。

J.kong等人[8]用化学气相沉积法分散催化剂，可以在SiO _ 2/Si衬底上制备单个单壁碳纳米管，如图1(a)所示。两种金属用来连接一个S？SWNT金属是什么时候形成的？SWNT//金属结构，表现出P型晶体管的特性。气体检测试验是把s？将SWNT样品置于一个密封的500 mL玻璃瓶中，用电导线连接，NO2((2～200)×10-6)或NH3(0？1% ~ 1%)，流量为700 ml/min。测试s？SWNT的电阻发生变化，得到的I/V曲线如图1(b)和(c)所示。在NH3气氛下，其电导可降低两个数量级，而在NO2气氛下，可提高三个数量级。其工作机理是当半导体单壁碳纳米管置于NH3气氛中时，价带偏离费米能级，导致空穴损失，电导降低。而在NO2气氛下，价带接近费米能级，导致空穴载流子增加，其电导率增加。

由于金属？SWNT//金属结构类似于以空穴为主要载流子的场效应晶体管，所以当源漏电压一定时，电流随着栅压的增加而减小(如图2)。在图2中，曲线B是没有任何气体的栅压-电流关系曲线，曲线A和C的栅压-电流关系曲线分别在NH3和NO2气氛中测量。不通入气体时，栅压为0 V时电流为1？5 μA，如果和NH3一起引入大气，电流几乎变成0 A。然后，如果测量NH3气体，我们设置初始栅压为0 V，样品的电导会降低两个数量级。如果测量的是NO2气体，先将栅极电压设置为+4 V，在引入NO2气体之前，电流几乎为零。通入NO2气体后，电流大大增加，其电导增加了三个数量级。这可以使传感器在复杂的气体环境中具有选择性。