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美首次完成太空纳米感应器试验

离线im286

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0楼发表于: 2009-08-24 20:19:50

在国家自然科学基金委、科技部和中科院的支持下，智能所刘锦淮研究员课题组在新型纳米敏感材料和纳米传感器方面取得一系列成果。近期发表在《纳米技术》（Nanotechnology）的研究成果更是得到国内外同行专家的肯定与关注，不仅被选为该杂志的封面，而且英国物理学会（IOP）还在其网站作了特别报道（TECHNOLOGY UPDATE），报道指出：“来自中国的研究人员通过煅烧硫化物前驱体的方法制备了一种具有多孔结构的单晶半导体氧化物纳米材料。……这种多孔单晶纳米材料有望成为制作高灵敏度和长期稳定传感器的新一代材料。”

国外大量研究报道都指出：多晶结构敏感材料的灵敏度高而长期稳定性差而单晶结构材料稳定性高灵敏度却大大降低。由此，如何平衡灵敏度与稳定性二者之间的关系，获得高灵敏度的同时又保证其具有良好的长期稳定性，成为半导体敏感材料研究领域一大挑战。

美国国家宇航局18日表示，研究人员近日对首台飞行在太空中的以纳米技术为基础的电子设备进行了测试，结果显示他们研制的“纳米传感器”能够监测太空飞船中的微量气体。有关专家指出，该技术有望帮助人们为太空飞船乘务舱开发出更小、功能更强的环境监测器和烟雾探测器。
纳米化学传感器单元是美国海军科学研究卫星（MidSTAR-1）的第二项负载试验项目。传感器设备于2007年3月9日升空，5月24日完成试验。位于加州硅谷的艾姆斯研究中心科学家李静（音译）说：“我们的研究表明，纳米传感器能够在太空环境和发射时的剧烈振动和重力不断变化中完好保存下来。”
在长途太空旅行中，有害化学污染物可能会在宇航员的空气供给环境中逐步积累起来。纳米传感器将能探测到即使是很微量的有害物质，并警告宇航员它们可能会造成的麻烦。纳米传感器由镀有感应材料的微小的碳纳米管构成。试验的目的是要证实它们是否能经受得起太空飞行的恶劣条件的考验，同时帮助科学家了解纳米传感器在太空中面对微重力、热和宇宙射线环境的反应。
科学家使用了一种特殊的感应材料，它能探测到每一种科学家所期望探测到的化学物质。当微小的化学物质接触到感应材料后，它将引起某种化学反应，导致流经传感器的电流放大或缩小。为在太空中进行传感器测试，研究人员在一个小的气室内充入了氮气含量占20%的二氧化氮气体，同时气室内还安装着含有32个纳米传感器的计算机芯片。测试过程中，仪器记录下了二氧化氮气体和被探测物质发生接触时引起流过纳米传感器电流的变化。
科学家开发的利用碳纳米管和其他纳米微结构的化学传感器能够检测氨、氧化氮、过氧化氢、碳氢化合物、挥发性有机化合物以及其他气体。含有32个纳米传感器的芯片尺寸不足半英寸，与具有相同功能的其他分析仪相比，它不仅尺寸要小而且价格也便宜。其他优点还包括纳米传感器功耗低，且更耐久。

该课题组前期曾对高粗糙度的三元复合敏感薄膜开展研究，结果显示比表面积对于敏感材料的灵敏度具有关键性影响，比表面越大灵敏度越高，且响应越迅速。同时，对于微纳分级结构的单晶ZnO纳米棒的研究发现其具有优良的长期稳定性。

基于上述前期研究成果，该课题组提出并设计了多孔的单晶结构ZnO纳米材料（Nanotechnology，20(2009)，125501），既保证了其单晶稳定结构，又获得了高的比表面积。研究发现：多孔结构大大提高了材料的比表面积（大约是非多孔材料的两倍），获得的敏感材料对室内空气污染物——甲醛和氨灵敏度高，响应和恢复时间短；同时，纳米材料的单晶结构保证了其敏感性能的长期稳定。其研究成果为纳米半导体敏感材料研究领域开辟了一条有效解决如何兼备敏感性和稳定性的途径，突破了现有瓶颈，为其走向实际应用奠定了基础。

此外，课题组科研人员还采用水热法合成了具有多孔结构的CdO纳米线和In2O3纳米空 ..

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