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- 中科院發(fā)明新型傳感器，能嗅萬億分之一爆炸物
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2017/2/20
爆炸相關(guān)的恐怖襲擊對(duì)全球安全和穩(wěn)定造成了巨大的威脅，探索可靠的痕量爆炸物氣氛檢測方法是遏制爆炸恐怖襲擊的有效手段之一。中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所環(huán)境科學(xué)與技術(shù)研究室科研人員開發(fā)了基于氧化鋅插層調(diào)節(jié)的高靈敏硝基爆炸物氣氛肖特基結(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)TNT、DNT、PNT、PA、RDX及尿素等爆炸物在十億分之一甚至萬億分之一濃度范圍的檢測。
目前，用于痕量爆炸物檢測的方法主要有離子遷移譜、熒光、拉曼光譜和氣敏傳感。其中，基于電學(xué)傳感器的氣敏檢測方法以非接觸、采樣簡單、可靠性高等優(yōu)勢而備受關(guān)注。然而，在實(shí)際場景中，爆炸物蒸氣濃度會(huì)低于十億分之一甚至千萬億分之一級(jí)別，因此，吸附在納米材料表面的爆炸物分子極少，這就需要傳感器在實(shí)際檢測時(shí)具有極高的靈敏度。此款基于氧化鋅插層調(diào)節(jié)的高靈敏硝基爆炸物氣氛肖特基結(jié)就是針對(duì)此問題而開發(fā)。
不過，單個(gè)電學(xué)傳感器只能檢測但不能識(shí)別爆炸物，需要傳感器陣列才能使爆炸物的識(shí)別成為可能。因?yàn)樽匀恍嵊X系統(tǒng)在氣體檢測方面具有超高的靈敏度，可達(dá)到0.1飛摩爾，對(duì)設(shè)計(jì)和構(gòu)建痕量氣氛傳感器具有十分重要的借鑒作用。所以傳感器陣列的構(gòu)建類似于人工嗅覺系統(tǒng)，將有利于爆炸物蒸氣的識(shí)別檢測。按照這個(gè)邏輯，傳感器陣列可以通過一組實(shí)體傳感器協(xié)同工作來實(shí)現(xiàn)。然而，傳統(tǒng)意義上的傳感器陣列其中的一個(gè)傳感器如果不能工作，整個(gè)傳感器陣列的識(shí)別能力都會(huì)受到影響。因此，如何簡化傳感器陣列的結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)爆炸物氣氛的高靈敏識(shí)別檢測，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，而且頗具挑戰(zhàn)。
這只“鼻子”的高靈敏傳感材料由石墨烯/氧化鋅/硅納米線三元肖特基結(jié)組成。在此基礎(chǔ)上，巧妙地通過調(diào)節(jié)單色LED光源的光強(qiáng)調(diào)制傳感器性能。因此，對(duì)于同一種爆炸物氣氛，在8種不同光強(qiáng)下，肖特基結(jié)會(huì)產(chǎn)生8個(gè)不同的響應(yīng)值。另外，由于不同的爆炸物分子得到電子和失去電子的能力不同，因而，對(duì)于不同的爆炸物，肖特基結(jié)即使在同一種光強(qiáng)下呈現(xiàn)出的響應(yīng)大小也不一樣。最后，通過主成分分析方法對(duì)響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)TNT、DNT、PNT、PA、RDX、Urea、BP（黑火藥）和AN（硝銨）等8種制式及非制式爆炸物的高靈敏、快速識(shí)別檢測。
與傳統(tǒng)的傳感器陣列相比，該傳感器陣列基于單個(gè)傳感器即可實(shí)現(xiàn)陣列檢測的功能，同時(shí)，大大節(jié)約了傳感器陣列的制備工序，并從原理上顯著提升了陣列的穩(wěn)定性。不僅如此，利用該光電肖特基結(jié)傳感器檢測未知的爆炸物，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)爆炸物的識(shí)別，而且可以實(shí)現(xiàn)半定量分析。
該研究中的基于一個(gè)傳感器構(gòu)建傳感器陣列，亦即人工嗅覺系統(tǒng)的方案為簡化傳感器陣列構(gòu)建步驟，開發(fā)具有識(shí)別功能的爆炸物氣氛傳感器提供了新的思路。同時(shí)，該研究思路亦可為其它痕量氣氛傳感器的設(shè)計(jì)提供借鑒。
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