完成单位：东北大学信息科学与工程学院，沈阳化工大学化学工程学院，安徽工程大学分析与测试中心，中国科学院合肥物质科学研究院

完成人：孟凡利、孟丹、孙宇峰、李民强、伞晓广、苑振宇、胡海峰

1.成果简介：

半导体传感器价格低廉、性能稳定、适于现场检测，被广泛用于易燃易爆、有毒有害气体和挥发性有机污染物的检测。然而传统半导体传感器存在灵敏度低、检测限高、选择性差和工作温度高等问题。申请人系统研究了微观结构对气敏性能的影响，制备了三维微纳分级结构敏感材料，提高了半导体敏感材料的比表面积和气体渗透性；在此基础上，对微纳结构表界面性能进行调控，利用表面羟基提高了对醇类气体的灵敏度和选择性；利用表面PN结结构提高了传感器的灵敏度，降低了工作温度；利用石墨烯高电导率、低电子噪音的特性提高了传感器信噪比，降低了检测限；利用贵金属的富电子和催化作用研制出具有高灵敏度和低检测限的纳米结构气体传感器，实现了对多种有机污染物的ppb级快速检测。

2.创新点和科学价值：

在ppb量级上对痕量有毒有害气体和VOCs的探测是传感器领域的难题，申请人系统研究了微观结构对气敏性能的影响，制备了三维微纳分级结构敏感材料，提高了半导体敏感材料的比表面积和气体渗透性，在此基础上，对微纳结构表界面性能进行调控，实现了对多种有机污染物的ppb级快速检测，为半导体纳米结构气体传感器的实际应用奠定了理论和技术基础。主要创新点有：1）调控表面活性，提高传感器灵敏度，降低检测限；2）调控表面羟基含量，提高对醇类气体的灵敏度和选择性；3）调控表面PN结结构，提高传感器的灵敏度，降低工作温度；4）引入电子传输层，提高传感器信噪比，降低检测限。该成果2014年以来发表SCI论文20篇，SCI他引162次，申请发明专利2项，授权发明专利1项。曾获得中国分析测试协会青年科学技术奖、第八届安徽省自然科学优秀学术论文三等奖、辽宁省自然科学学术成果三等奖、《功能材料》杂志“优秀论文”奖、英国物理学会杰出审稿人奖等奖励。受到澳大利亚两院院士Douglas R. MacFarlane教授等国际和国内同行们的正面评价。

3.社会经济效益和应用前景

传感器是具有广阔发展前景的高技术产业，在环境保护、安全生产、节能减排等领域均有广泛应用。目前，国内气体传感器性能较差，以低端的半导体和催化燃烧气体传感器为主，高端气体传感器还是进口为主。该成果致力于高灵敏气敏材料的设计及构筑，有望提升国产传感器的综合性能，增加国产高灵敏传感器的市场份额。