中科大开发多变量电子鼻传感器可用来毒害气体和火灾探测鉴别

发布时间：2023-07-20 09:30:26 所属栏目：动态来源：网络

导读： 　　中国的火灾科学家易建新是科大的一名副教授，他的研究小组隶属的是该学校的国家级火灾研究中心——火控与仿真技术国家重点实验室。在火灾科学领域，该实验室已经成为国际知名

　　中国的火灾科学家易建新是科大的一名副教授，他的研究小组隶属的是该学校的国家级火灾研究中心——火控与仿真技术国家重点实验室。在火灾科学领域，该实验室已经成为国际知名的研究基地，也是中国火灾科学基础研究领域唯一的国家级研究机构。“攀登世界火灾科学高峰”，是该实验室的研究宗旨之一。

　　自 2012 年加入中科大以来，易建新已在火灾科学领域研究 11 年之久。近日，他和团队成功制备一款新型多变量传感器，其将化学电阻和电位加以良好结合，能在较宽的温度范围之内工作，适用于不同 n 型或 p 型半导体材料以及不同的固体电解质。

　　它可以检测和区分加热材料所发出的不同气体，比如挥发性有机化合物和其他气味等。通过组合多款半导体材料，该传感器可以实现三维或更高维度的信号输出。

　　具体来说，通过利用具有反常电位极性的 Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2o3-δ（BSCF）和氧化锡所构建的多变量传感器，可以对 2- 乙基己醇、一氧化碳等多种危险气体以及火灾特征气体，实现亚 ppm 级的三维探测和准确识别。

　　在复杂的环境之中，这种兼具探测功能和识别功能的多变量气体传感器，即便在气体浓度很低的情况下，也能实现高灵敏、高准确度的探测。

　　使用时，这款传感器可以输出高灵敏的多维响应信号，并在火灾早期预警上展现出一定应用潜力，此外还有望用于爆炸物的探测和区分、复杂气氛中气体的准确探测和识别等。

　　其还拥有制作简单、尺寸小、成本低的特点，非常有利于集成化探测设备的开发，故有潜力在物联网时代实现大规模应用。

　　一直以来，在公共安全、环境保护、健康诊断、工业等领域，对低浓度气体进行高灵敏检测至关重要。气体传感器具有成本低、体积小、能实时监测等特点，故成为气体检测的一种有效手段。

　　但是，即便是目前最先进的气体传感器，仍然存在近红外交叉反应灵敏度高和选择性差等问题，特别是无法针对气体实现有针对性的区分微生物性的近红外检测。

　　为此，人们设计了这样一个解决办法：通过将多个传感器简单地组装成传感器阵列，再对单一气体输出多种信号，这时利用模式识别算法来对信号进行处理，进而就能区分和识别气体，基于这种原理制造的器件一般被称为“电子鼻”。

　　但是，传感器阵列会面临长期漂移、大尺寸和高成本等问题，这并不利于实际的应用。如能在单个传感器上输出多个部分独立或是完全独立的信号，这样一来既能执行传感器阵列的功能，从而实现气体的区分性检测，又能改善传感器阵列本身存在的问题。

　　多变量传感器，由于能够输出多个部分独立或是完全独立的信号，因此具有结构紧凑和低成本的优点，故是传感器阵列的良好替代品。

　　对于多变量传感器来说，独立输出的个数也就是传感器的维度非常重要，它决定着对气体的区分能力。

　　一般来说，当维度越高的时候，所对应的气体区分效果也就越好。但是，目前的多变量传感器大多仅仅具有二维信号，区分能力仍然有限。

　　为进一步提高多变量传感器的气体区分能力并增强其适应性，应从以下几个方面加以考虑：其一，要尽可能地增加多变量传感器的维度；其二，不同换能器均应具备简单、成本低和小型化的特点；其三，不同换能器之间应该相互兼容。

　　当下，化学电阻法（C）和电位法（P），是使用最广泛的两种换能器，可以很好地满足上述三个要求。假如能将化学电阻法（C）和电位法（P）两种换能器结合起来，借此构建的 C-P 多变量传感器，就能实现简单、低成本、高区分性的气体检测。但在此前，领域内始终没有出现相关报道。这一研究成果不仅填补了国内空白，而且对提高我国在该领域的技术水平具有重要意义。

（编辑：成都站长网）

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