【摘 要】
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近年来,随着经济的持续发展和城市化进程的快速推进,大气环境污染问题日益突出。大气环境气态污染物作为大气环境污染的主要成分之一,不仅影响空气质量,给人的身体健康造成极大危害;它所引起的光化学烟雾污染给国家和社会也造成了巨大的损失。因此,开发微型便携、高效可靠的气体传感器可以实时反映大气环境气态污染物的成分和浓度,有助于人们及时预警危险气体并进行有效处理,是确保环境监测、社会安全和人身健康的必要手段。
【基金项目】
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山东省重点研发计划项目（No.2018GSF117002）；
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近年来,随着经济的持续发展和城市化进程的快速推进,大气环境污染问题日益突出。大气环境气态污染物作为大气环境污染的主要成分之一,不仅影响空气质量,给人的身体健康造成极大危害;它所引起的光化学烟雾污染给国家和社会也造成了巨大的损失。因此,开发微型便携、高效可靠的气体传感器可以实时反映大气环境气态污染物的成分和浓度,有助于人们及时预警危险气体并进行有效处理,是确保环境监测、社会安全和人身健康的必要手段。本文致力于构建具有微型便携、成本低廉、低检测限、高灵敏度和选择性、室温或低温下操作的高性能的大气环境气态污染物传感器,聚焦于探索基于金属有机框架（MOFs）衍生金属氧化物与类石墨烯过渡金属硫族化合物的微纳薄膜优化设计,构建了Sn O2/Mo Se2薄膜CO传感器、Sn Se/Sn O2薄膜SO2传感器、In2O3/Mo S2薄膜NO2传感器、In2O3/Zn O薄膜O3传感器以及Au-Mo Se2薄膜NH3传感器。通过采用溶剂热、MOFs模板法等工艺研制了对环境气态污染物具有敏感性和高选择性的气敏传感材料,并运用静电自组装、丝网印刷等策略制备了高性能的大气环境气态污染物传感器;系统研究了五种气敏传感器对大气环境气态污染物CO、SO2、NO2、O3和NH3五种气体的气敏性能测试,包括动态切换响应、响应/恢复时间、选择性、长期稳定性以及抗湿度干扰等气敏特性,实验结果满足了气态污染物检测的需要。为揭示不同气敏传感器的敏感机制,通过XRD、TG、SEM、TEM、BET和XPS等表征技术并协同各组分之间的能带结构、异质结理论、表面氧空位浓度、电荷转移等理论进行深入分析。针对气敏传感器普遍存在外加电源供电而限制其在物联网中的应用问题,提出了一种基于单层Mo S2压电纳米发电机驱动的柔性自供电高性能氨气传感器,实现了无功耗高灵敏度的自驱动传感。本文针对大气环境气态污染物CO、SO2、NO2、O3和NH3的检测构建了高增敏气敏传感器,为大气环境气态污染物传感器的发展和检测装置的研制提供了理论指导。同时,采用MEMS工艺设计并制作柔性压电纳米发电机为传感器供电,有效的解决了传统传感器需要电源供电的问题,为发展面向物联网的自驱动气敏传感网络具有重要的应用价值。
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