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研究小组将有机半导体NO2传感器技术提升到全新的水平

2023-11-15

过去几个世纪以来，全球工业化持续加速，为大众带来了各种先进技术和便利生活。但是，工业环境中的工作人员至今仍需要经常面对二氧化氮（NO2）等危险气体暴露的风险。吸入这类危险气体会导致严重的呼吸道疾病，例如哮喘和支气管炎等，严重损害工作人员的健康。因此，有必要持续监测NO2水平，以确保工作场所的人员安全。
为了实现这一目标，业界已经利用各种有机或无机材料开发了许多类型的选择性气体传感器。其中一些传感器，例如气相色谱传感器或电化学气体传感器，它们非常复杂，并且价格昂贵、体积庞大。另一方面，基于半导体的电阻和电容传感器似乎是一种很有前途的替代方案，有机半导体（OSC）气体传感器代表了一种低成本且灵活的新选择。
尽管如此，这类气体传感器仍然面临一些性能问题，包括传感器灵敏度低以及稳定性差等。
据麦姆斯咨询介绍，为此，仁川国立大学（Incheon National University）能源与化学工程系Yeong Don Park教授领导的研究小组探索了一种创新策略，将有机半导体NO2传感器技术提升到了一个全新的水平。
该研究成果已经以“Polymeric interfacial engineering approach to perovskite-functionalized organic transistor-type gas sensors”为题发表于Chemical Engineering Journal期刊。
该团队提出了一种基于导电有机聚合物和钙钛矿纳米晶体（Perovskite NC）组合的混合有机-无机气体传感器设计。他们将CsPbBr3钙钛矿掺入导电聚合物基体，在确保传感速度的同时增强气体传感性能。
然后，他们用两性离子聚合物配体修饰了钙钛矿纳米晶体的表面。一旦水合，这些配体大大提高了传感器对NO2气体分子的亲和力，从而提高了吸收能力。
进一步的实验表明，所提出的设计对NO2的化学敏感性优于传统的传感器。此外，由于钙钛矿纳米晶体的保护作用，其系统具有高抗氧化能力。因此，它可以在实际环境条件下储存数周，展示了令人印象深刻的耐用性和长期安装潜力。
Park教授在讨论实验结果时强调：“我们的研究成果为开发和设计基于各种材料复合的气体传感器提供了一种新方法，以实现传感器卓越的灵敏度和选择性。”,鉴于有机半导体可以设计得灵活、轻便，且在大规模生产时相对更经济，它们有望为各种环境中气体传感器的广泛应用铺平道路。
Park教授进一步解释称：“除了工业场地等特定环境外，有机半导体气体传感器还可以让个人通过智能手表等常见设备轻松获取空气污染信息。此外，这些传感器有潜力通过对医疗状况的早期检测来推进诊断技术。因此，该技术不仅在工业安全方面有潜力，而且在食品安全、化学物质监测和医疗诊断领域也有很大潜力。”

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