可同时改变颜色和电阻的气体传感器工作机理分析

　　据麦姆斯咨询报道，韩国一支联合研究小组成功验证了一种高选择性气敏材料的反应机理，并开发了世界上第一个能够同时进行光学和电性测量的多响应、高选择性气体传感器。该联合研究小组由韩国材料科学研究所（KIMS）能源和电子材料系的Jin Woo Choi博士、韩国科学技术信息研究所（KISTI）的Han Seul Kim博士和釜山国立大学的Hyung Woo Lee教授领导。

　　现有半导体气敏材料基于气体分子吸附在传感层表面导致的电阻变化，从而实现气体检测。因此，这些材料未得到充分利用，因为无论气体类型如何，随着电阻变化气体选择性降低，并且在大多数情况下，电性变化是唯一检测指标。为此，韩国联合研究小组开发了一种新材料，其晶体结构在暴露于特定气体时会发生变化，并基于此材料开发了一种同时改变颜色和电阻的高选择性气体传感器。

　　

　　水分子改变晶体结构

　　研究小组合成了一种无毒的铜基环保金属卤化物薄膜材料Cs3Cu2I5。他们通过超级计算机模拟，证实了这种材料能够可逆地变化，并证明水分子是晶体变化的有效刺激物。该团队根据这一理论制造了一种传感器，并成功验证它能够检测水分子。通过同时利用电学性质和颜色变化，该传感器成功区分了不同极性的各种醇。

　　

　　该研究所提出的气体传感器工作机理

　　2021年，全球气体传感器市场规模约为10亿美元，预计每年增长7.5%。半导体气体传感器技术可以实现微型化和大批量生产，适用于各种轻量化产品，例如移动电话、物联网（IoT）、农业和畜牧业等各个领域。这项研究成果首次利用可变晶体结构材料，提出新的传感器概念和示范案例，具有重要的研究价值。

　　KIMS高级研究员Jin Woo Choi博士和KISTI高级研究员Han Seul Kim博士表示：“这项研究为半导体传感器和新材料的开发指明了新方向。由于其响应特性，新的传感材料有望应用于农业、畜牧业、医疗和移动等广泛行业。”

　　这项研究成果已发表于Advanced Functional Materials期刊。

　　目前，该研究团队正致力于通过结合光电响应来尽可能提高选择性，并合成新的晶体材料以对更多气体进行响应。

　　编辑：黄飞