新的纳米线传感器是物联网的下一步

一种新型微型二氧化氮传感器可以帮助保护环境免受导致肺部疾病和酸雨的车辆污染物的影响。

来自澳大利亚研究委员会变革元光学系统卓越中心TMOS的研究人员开发了一种由纳米线阵列制成的传感器，每边为五分之一毫米的正方形，这意味着它可以很容易地集成到硅芯片中.

在最新一期AdvancedMaterials上发表的研究中，博士。该中心澳大利亚国立大学团队的学者和主要作者ShiyuWei将传感器描述为不需要电源，因为它依靠自己的太阳能发电机运行。

Wei说：“当我们将这样的设备集成到物联网技术的传感器网络中时，低功耗在系统尺寸和成本方面是一个巨大的优势。传感器可以安装在您的汽车中，并发出警报声和如果检测到废气排放的二氧化氮达到危险水平，就会向您的手机发送警报。”

共同主要作者ZheLi博士说：“该设备只是一个开始。它还可以用于检测其他气体，例如丙酮，它可以用作酮症的无创呼气测试，包括糖尿病酮症，这可能拯救无数生命。

现有的气体检测器体积大且速度慢，并且需要经过培训的操作员。相比之下，新设备可以快速轻松地测量不到十亿分之一，并且TMOS原型使用​​USB接口连接到计算机。

二氧化氮是NOx类污染物之一。除了导致酸雨外，即使浓度很小，它也会对人类造成危险。它是汽车常见的污染物，也是室内燃气灶产生的污染物。

该设备的关键是一个PN结——太阳能电池的引擎——形状为纳米线(直径约100纳米，高度3至4微米的小六角柱)，位于底座上。由数千个纳米线太阳能电池组成的有序阵列，间隔约600纳米，形成了传感器。

整个器件由磷化铟制成，基极掺杂锌形成P部分，纳米线尖端的N部分掺杂硅。每根纳米线的中间部分是未掺杂的(本征部分，I)，将P和N部分分开。

落在器件上的光会导致小电流在N和P部分之间流动。但是，如果PN结的本征中间部分接触到任何二氧化氮(一种会吸走电子的强氧化剂)，就会导致电流下降。

倾角的大小允许计算空气中二氧化氮的浓度。EME博士后研究员ZheLi博士的数值建模表明，PN结的设计和制造对于最大化信号至关重要。

二氧化氮的特性——强吸附、强氧化——使得磷化铟很容易将其与其他气体区分开来。该传感器还可以通过功能化磷化铟纳米线表面来优化以检测其他气体。

TMOS首席研究员、研究小组组长傅兰教授说：“最终目标是在一个小芯片上感测多种气体。除了环境污染物，这些传感器还可以用于医疗保健，例如，用于生物标记物的呼气测试的疾病。

“微型气体传感器易于集成和扩展。这与元光学相结合，有望实现具有高性能和多种功能的多路复用传感器，这将使它们能够适应智能传感网络。TMOS是一个跨研究小组的网络澳大利亚致力于推进这一领域。

“我们开发的技术将在未来几年改变我们的生活和社会，大规模实施物联网技术，在空气污染监测、工业化学品危害检测、智慧城市等应用中进行实时数据收集和自主响应和个人保健。”