VOCs分子的半导体型传感器识别检测研究进展

刘弘禹，孟钢，邓赞红，李蒙，常鋆青，代甜甜，方晓东

1中国科学院合肥物质科学研究院，安徽光学精密机械研究所，光子器件与材料安徽省重点实验室，合肥 230031

2中国科学技术大学，研究生院科学岛分院，合肥 230026

1 引言

空气和人类呼出气体中的挥发性有机化合物(VOCs)分子对环境安全和人体健康有着非常重要的影响1,2。VOCs通常是指会对环境和人类健康产生危害的活泼挥发性有机物，是除碳酸、碳酸铵、金属碳酸盐、金属碳化物、一氧化碳和二氧化碳外，能够参加大气光化学反应的其它碳化合物，主要具有易挥发和参加大气光化学反应这两个特点。VOCs在光照的条件下会与氢氧自由基(OH·)反应形成过氧化烷基(RO2·)与过氧化羟基(HO2·)，再与氮氧化合物(NOX)作用即会反应成臭氧(既危害人体呼吸系统也是雾霾的主要成分之一)。VOCs分子的检测对于室内/室外空气质量的评估及人体健康状况的评价至关重要3-5。目前，针对VOCs气体的检测方法主要有电化学传感器法、光离子化检测(PID)器法、金属氧化物半导体(MOS)传感器法、气相色谱分析法、红外吸收法及声表面波法等6。虽然，基于VOCs分子紫外灯激发离子化原理，探测离子化“碎片”形成电流的PID传感器目前性价比最好。但相比于PID传感器，MOS气体传感器以其所具有的灵敏度高、响应快速、制作简单和成本低廉等优点7,8，在VOCs气体检测的领域占据更为重要的地位，现已成为世界上应用最广且产量最大的气体传感器9。MOS传感器以表面敏感型为主，其根据传感材料电阻随气体分压的变化而逐渐减小或增大，利用被测VOCs气体的吸附作用改变MOS的电阻/电导率，通过电流变化的比较来测试VOCs气体浓度。……