張靜宜，孟哈日巴拉，張戰(zhàn)營

（1.河南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南焦作454000；2.河南理工大學(xué)環(huán)境友好型無機(jī)材料河南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地）

三乙胺（TEA）是一種有機(jī)化合物，在常溫常壓下為無色油狀液體，工業(yè)上先使用乙醇和液氨為原料粗制再經(jīng)過分餾精制而成。在工業(yè)生產(chǎn)中，TEA主要用于固化、催化、防腐等［1-2］，是一種應(yīng)用廣泛的化工原料。然而，TEA氣體對生物黏膜有強(qiáng)烈的刺激性且易燃，口服會(huì)腐蝕口腔、食道及胃，遇明火、高溫、強(qiáng)氧化劑時(shí)有燃燒和爆炸的危險(xiǎn)［3-6］。美國國家職業(yè)安全衛(wèi)生研究所（NIOSH）和美國政府工業(yè)衛(wèi)生工作者會(huì)議（ACGIH）分別建議工作場所TEA體積分?jǐn)?shù)不應(yīng)高于1×10-5和1×10-6［7-8］。TEA泄露問題可能會(huì)威脅到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，為保證大氣中TEA含量不超過安全值，需要對其濃度進(jìn)行及時(shí)有效的監(jiān)測。因此研發(fā)制備出高選擇性、高靈敏度、微小型、智能化的傳感器是TEA監(jiān)測和檢測的重要措施。

TEA氣體傳感器包括比色傳感器、色譜儀傳感器、有機(jī)-無機(jī)材料傳感器和金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器等幾大類［9-11］。其中：比色傳感器可以用來對水中TEA檢測，但檢測精準(zhǔn)度低，隨著科技的發(fā)展使用率逐漸降低；色譜儀傳感器誤差較小，但受檢測速度慢、設(shè)備昂貴、程序復(fù)雜、維護(hù)成本高等因素限制，發(fā)展十分緩慢［12-13］；有機(jī)-無機(jī)薄膜傳感器以復(fù)合材料為敏感薄膜，因其響應(yīng)恢復(fù)速度比較慢和一些其他缺點(diǎn)，使用率并不高［14］。而基于金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）的氣體傳感器，由于具有快速的檢測、簡單的制備工藝和低廉的生產(chǎn)成本等優(yōu)點(diǎn)，使得近年來研究人員的重心逐漸轉(zhuǎn)移至MOS傳感器的開發(fā)和優(yōu)化上。

MOS基氣敏傳感器的敏感機(jī)理主要是根據(jù)器件接觸TEA氣體前后的電阻或電導(dǎo)率變化來達(dá)到檢測的目的，目前已經(jīng)提出的敏感機(jī)理有表面電阻控制模型、晶界勢壘模型和表面吸附模型。表面電阻控制模型認(rèn)為，當(dāng)傳感器接觸TEA時(shí)，氣體分子會(huì)在材料表面發(fā)生吸附、解吸行為而與材料產(chǎn)生電子交換，使傳感器的電阻發(fā)生變化，以實(shí)現(xiàn)對特定氣體的檢測；晶界勢壘模型認(rèn)為，MOS通常為多晶材料，晶粒之間存在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)缺陷，形成局部能級(jí)，當(dāng)傳感器與TEA接觸時(shí)，晶粒之間的局部能級(jí)勢壘高度發(fā)生變化，從而影響材料內(nèi)部載流子的傳輸，傳感器的電阻也隨之發(fā)生改變；表面吸附模型認(rèn)為，MOS材料內(nèi)部存在空穴，當(dāng)傳感器與TEA接觸時(shí)，這些空穴會(huì)吸附氣體分子，但被吸附氣體分子和材料的能量不同，當(dāng)傳感器吸附大量氣體分子后，為平衡氣體分子和傳感器材料之間的能量，材料內(nèi)部會(huì)發(fā)生電荷的遷移或重排，進(jìn)而導(dǎo)致傳感器的電阻發(fā)生變化。

為進(jìn)一步了解MOS基TEA傳感器，筆者綜述了近年來在MOS基TEA傳感器研究方面所取得的進(jìn)展，并簡要介紹了不同類型MOS基傳感器的敏感機(jī)理。

1 常見的幾種MOS氣敏材料

表1為TEA氣敏材料的制備和性能研究。

表1 TEA氣敏材料的制備和性能研究Table 1 Preparation and properties of triethyl amine gas sensing materials

1.1 純MOS基TEA氣敏傳感器

對于單一MOS氣敏傳感器的傳感原理，一般認(rèn)為是表面氣體吸附導(dǎo)致載流子濃度和材料電阻的變化。以表面控制型MOS材料為例，傳感器一旦暴露在環(huán)境空氣中，氧分子就會(huì)吸附在傳感器材料表面，并從材料的導(dǎo)帶中捕獲電子，形成氧離子Oδ-（O2-、O-或O2-），最終在材料表面形成電子耗盡層，導(dǎo)致載流子濃度降低，材料的電阻增大。當(dāng)傳感器暴露在TEA氣體中時(shí)，氣體分子與材料表面的氧離子Oδ-反應(yīng)生成CO2、N2和H2O［9］，電子被釋放到傳感材料的導(dǎo)帶，載流子濃度增加使電子耗盡層厚度變窄，從而導(dǎo)致傳感器的電阻降低。電阻的變化經(jīng)過相關(guān)計(jì)算可以反映出被測材料的靈敏度。常見的表面控制型半導(dǎo)體材料有SnO2、ZnO、WO3和α-Fe2O3等。

納米二氧化錫（SnO2）作為最早被人們發(fā)現(xiàn)的半導(dǎo)體材料之一，具有優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)性能和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，成為了一種氣體傳感器的理想材料。經(jīng)過多年的研究發(fā)展，目前已經(jīng)研究制備出多種不同形貌特點(diǎn)的SnO2納米材料，如納米纖維、納米線、納米管及空心球體等。XIE等［15］使用鄰苯二甲酸和四氯化錫為原料，采用水熱法合成了六方磚狀的邊長約為50 nm的SnO2，在低溫下對低濃度TEA表現(xiàn)出很高的靈敏度和選擇性，在體積分?jǐn)?shù)為1×10-6的TEA氣氛中，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間分別為3 s和9 s。MENG等［9］先采用水熱法和冰水浴攪拌法相結(jié)合的方法合成了富含OVs的二氧化錫納米粒子（IWBT），又在室溫下制備了普通的二氧化錫納米粒子（RTT）作為對比。通過分析測試發(fā)現(xiàn)，IWBT比RTT含有更多的表面氧空位缺陷；合成的IWBT在260℃對TEA具有良好的氣敏特性；當(dāng)TEA體積分?jǐn)?shù)為5×10-4時(shí)，相比于室溫下制備的實(shí)時(shí)熱電偶傳感器，IWBT傳感器的靈敏度提升了4倍；IWBT材料內(nèi)部具有豐富的OVs，能提高SnO2對O2的吸附能力和電子傳遞能力，使材料展現(xiàn)出優(yōu)異的氣敏性能。

納米氧化鋅（ZnO）也被廣泛用于TEA氣敏傳感器的制備。LI等［20］合成了微棒、微花和微錐體3種不同形貌的ZnO，基于表面原子排列模型和氧空位理論，確定了ZnO暴露晶面對TEA敏感性能由大到小的順序依次為（0001）{1010}{1011}（0001）。筆者課題組LI等［21］在Zn5（CO3）2（OH）6犧牲模板分解過程中原位生成島狀納米孔，制備出了平均厚度約為27.7 nm的單晶組裝而成的ZnO層狀微結(jié)構(gòu)，在270℃的最佳工作溫度下，基于ZnO層狀微結(jié)構(gòu)的傳感器對TEA的檢測下限低至體積分?jǐn)?shù)為5×10-8，對體積分?jǐn)?shù)為1×10-6的TEA靈敏度高達(dá)20.69；對體積分?jǐn)?shù)為5×10-8～2×10-6的TEA響應(yīng)值顯示出良好的線性關(guān)系和穩(wěn)定性。

納米三氧化鎢（WO3）和納米氧化鐵（α-Fe2O3）也是常見的MOS傳感器之一。HU等［26］通過水熱法制備了長度為5μm、直徑為400 nm的具有針狀納米棒形貌的WO3材料，該傳感器在250℃時(shí)對體積分?jǐn)?shù)為1×10-6的TEA的靈敏度高達(dá)6.7，并且具有良好的選擇性和重復(fù)性。筆者課題組SUN等［24］以預(yù)合成的FeC2O4·2H2O為犧牲模板，采用兩步法制備了α-Fe2O3微棒，經(jīng)過表征測試α-Fe2O3為介孔材料、比表面積為122.7 m2/g、在275℃下對體積分?jǐn)?shù)為2×10-5～3×10-4的TEA響應(yīng)具有良好的線性關(guān)系。

1.2 元素?fù)诫s的MOS基TEA傳感材料

通過摻入雜質(zhì)可以改善MOS的電阻率，從而提高材料的載流子傳輸效率。當(dāng)被摻入的雜質(zhì)發(fā)生電離且載流子耗盡時(shí)，會(huì)遺留一個(gè)電荷區(qū)以產(chǎn)生電場和半導(dǎo)體內(nèi)部勢壘。元素?fù)诫s是提高氣敏材料性能的有效手段之一，因?yàn)樗粌H可以影響顆粒的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，還可以影響其電子性質(zhì)，因此可以通過引入雜質(zhì)的方式來增加MOS材料內(nèi)部的缺陷，增加載流子濃度而改善MOS的氣敏性能。

元素?fù)诫sMOS基氣敏材料的敏感機(jī)理可以用表面電子耗盡層理論解釋。以Pd-In2O3材料為例（見圖1）［29］，當(dāng)Pd納米顆粒在In2O3表面時(shí)，Pd作為化學(xué)增敏劑顯著促進(jìn)了Pd-In2O3中的氧吸附和解離。與純In2O3相比，Pd-In2O3納米復(fù)合材料的電阻率有所提高。這是因?yàn)?，In2O3中大量的電子被受主氧粒子所消耗，從而形成了更深的電子耗盡層。其次，隨著溫度的升高，由于半導(dǎo)體中的載流子濃度隨著溫度的升高而增加，原始In2O3傳感器的電阻呈下降趨勢，但是因?yàn)橛蠵d材料較高的功函數(shù)，使得在接觸到還原性氣體時(shí)，Pd成為Pd-In2O3材料的反應(yīng)催化中心，大量電子被釋放回材料表面，載流子濃度顯著增加，從而起到了增敏作用。

圖1 Pd-In2O3材料敏感機(jī)理示意圖［29］Fig.1 Schematic of sensing mechanism of Pd-In2O3 materials［29］

GAO等［22］以MIL-88-Fe為前驅(qū)體，采用溶劑熱法制備了Cu摻雜的α-Fe2O3多孔紡錘體。摻入了Cu的α-Fe2O3仍然保持紡錘體形態(tài)，并呈現(xiàn)出明顯的顆粒表面。Cu離子的存在抑制了晶體的生長，使α-Fe2O3主軸具有較高的比表面積和較小的孔徑。其中摻入Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，α-Fe2O3紡錘體在240℃對TEA表現(xiàn)出最好的響應(yīng)-恢復(fù)特性。ZHU等［18］采用氣-液相化學(xué)沉積法制備了不同Ho原子分?jǐn)?shù)（0%、0.1%、0.45%和0.53%）摻雜的SnO2納米粒子。制備的0.45%Ho摻雜的SnO2傳感器對體積分?jǐn)?shù)為5×10-5的TEA響應(yīng)時(shí)間僅為2 s，靈敏度約為12。

貴金屬負(fù)載也是MOS基材料常見的增敏方式。BI等［19］采用水熱法制備了表面光滑干凈、厚度為20～25 nm的Rh-SnO2納米片。研究結(jié)果表明，經(jīng)Rh表面修飾，材料表面變得粗糙、呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)。Rh-SnO2在325℃時(shí)對體積分?jǐn)?shù)為1×10-4的TEA靈敏度為607.23，相比于純SnO2靈敏度提升了約15倍。ZHENG等［30］通過在多孔In2O3微球上負(fù)載Au納米顆粒，得到了一種新型的Au/In2O3雜化微球。當(dāng)加入原子分?jǐn)?shù)為0.53%的Au時(shí)，Au/In2O3傳感器在280℃下對體積分?jǐn)?shù)為1×10-4的TEA靈敏度為648.2，此外該傳感器還具有體積分?jǐn)?shù)為1.08×10-7的低檢測下限。筆者課題組JIN等［36］采用一種簡便可靠的草酸鹽類犧牲模板法，制備了一種新型的鏈狀A(yù)u修飾Co3O4納米結(jié)構(gòu)，經(jīng)過Au納米粒子復(fù)合的Co3O4納米鏈傳感器在TEA體積分?jǐn)?shù)為1×10-5～2×10-4的靈敏度具有良好的線性關(guān)系。

1.3 異質(zhì)結(jié)MOS基TEA氣敏材料

兩種不同的MOS材料之間通過復(fù)合形成的物理界面被稱為異質(zhì)結(jié)。原子間距相近或晶體結(jié)構(gòu)相似的兩種材料接觸后，在界面區(qū)域容易構(gòu)成同型（P-p/N-n）或異型（P-n/N-p）的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。在氣敏反應(yīng)中，功函數(shù)較小的材料會(huì)連續(xù)接受由功函數(shù)大的材料轉(zhuǎn)移過來的電子，表面勢壘和耗盡層都會(huì)發(fā)生改變。由于費(fèi)米能級(jí)的差異，電子（空穴）會(huì)在兩個(gè)半導(dǎo)體之間轉(zhuǎn)移，直至費(fèi)米能級(jí)平衡，異質(zhì)結(jié)從中起到了調(diào)節(jié)能量勢壘高度的作用，通過促進(jìn)或抑制電子轉(zhuǎn)移提升材料的靈敏度［37］。

異質(zhì)結(jié)MOS基TEA氣敏材料的敏感機(jī)理以WO3/SnO2材料為例來闡述（見圖2）［27］。傳感器的氣敏性能很大程度上依賴于TEA氣體與吸附氧之間的表面反應(yīng)。WO3/SnO2納米復(fù)合材料具有更大的比表面積，由均勻的多孔通道牢固支撐，更有利于氣體分子在傳感器表面的擴(kuò)散和傳輸。WO3-SnO2異質(zhì)結(jié)之間WO3中的費(fèi)米能級(jí)比SnO2中的費(fèi)米能級(jí)更高，電子通過能帶彎曲從WO3轉(zhuǎn)移到SnO2，在異質(zhì)結(jié)處形成勢壘。這些勢壘阻礙了電子在傳感材料表面的移動(dòng)，增加了氧分子在傳感器表面吸附的電子數(shù)量，形成更深的電子耗盡層，從而增加了傳感器的電導(dǎo)率。

圖2 WO3/SnO2材料耗盡層形成過程示意圖（a）；WO3和SnO2材料在空氣和TEA氣體中的能帶變化圖（b）［27］Fig.2 Formation process of depletion layer of WO3/SnO2 material（a）；the energy band variation of WO3 and SnO2 material in air and TEA gas（b）［27］

JU等［3］使用犧牲模板法和水熱法合成了SnO2空心球，然后通過脈沖激光沉積（PLD）技術(shù)在SnO2空心球表面沉積了一層NiO納米顆粒而形成NiO/SnO2異質(zhì)結(jié)。相對于純SnO2材料，NiO/SnO2傳感器在體積分?jǐn)?shù)為1×10-5的TEA氣體中靈敏度提升了3倍，檢測下限也低至體積分?jǐn)?shù)為2×10-6。筆者課題組XUE等［17］采用水熱法合成了不同CeO2含量的花狀CeO2/SnO2復(fù)合材料。CeO2/SnO2材料最佳工作溫度為310℃。相比于純SnO2材料，CeO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的復(fù)合型傳感器對體積分?jǐn)?shù)為2×10-4的TEA靈敏度提升了約3.8倍。TOMER等［27］以介孔二氧化硅、SBA-15為硬模板劑，采用納米鑄造法制備了具有大比表面積和均勻孔道的WO3/SnO2納米結(jié)構(gòu)，對TEA具有很高的靈敏度和明顯的選擇性。在220℃下，該傳感器對體積分?jǐn)?shù)為5×10-5的TEA靈敏度為87，快速響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間分別為6 s和7 s，檢測下限可達(dá)體積分?jǐn)?shù)為1×10-6。筆者課題組LI等［35］制備了厚度約為15 nm的二維多孔納米片有序組裝而成的不同ZnO含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～8%）的ZnO/ZnCo2O4材料。經(jīng)ZnO修飾，ZnCo2O4對TEA的氣敏性能明顯改善，最佳工作溫度由260℃降至220℃，在體積分?jǐn)?shù)為5×10-6～3×10-4線性范圍內(nèi)靈敏度有所提高。

1.4 MOF-MOS基TEA傳感器

MOF具有多種多樣的形貌結(jié)構(gòu)和可控的制備方式，在氣敏材料合成方面有獨(dú)特的優(yōu)勢。相比于通過其他方法制備的MOS材料，MOF衍生的金屬氧化物具有更豐富的官能團(tuán)，有助于吸附目標(biāo)氣體［38］。由于使用MOF材料作為模板可以獲得豐富的多孔結(jié)構(gòu)，使得氣體更容易擴(kuò)散嵌入樣品中［39］，因此結(jié)合MOF制備復(fù)合氣敏傳感器是一種很有應(yīng)用前景的方法。MOF基氣敏材料的增敏機(jī)理主要在于它們獨(dú)特的結(jié)構(gòu)帶來的高比表面積，以及引入的官能團(tuán)對氣體吸附的促進(jìn)作用。以多孔MOF基ZnO/ZnFe2O4材料為例［22］，多孔MOF基ZnO/ZnFe2O4材料具有特殊的團(tuán)聚構(gòu)型和相對較多的孔道，這使得它們能夠吸附更多的TEA氣體分子，并提供更多的表面活性中心來促進(jìn)材料與TEA的相互作用，從而導(dǎo)致了高的傳感器靈敏度，使得多孔MOF基ZnO/ZnFe2O4表現(xiàn)出優(yōu)異的氣敏性能。

SUN等［28］合成了一種由金屬有機(jī)骨架In-MIL-68形成的多孔空位結(jié)構(gòu)In2O3。在120℃下對于體積分?jǐn)?shù)為1×10-7的TEA氣體響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別為9 s和36 s，最高靈敏度為32。該傳感器在90%相對濕度下保持86.2%的靈敏度，具有良好的耐濕性和穩(wěn)定性。

以MOF為模板制備出的半導(dǎo)體材料雖然對于TEA表現(xiàn)出了相比于純相材料更好的氣敏性能，但依舊不能滿足人們對氣體檢測日益增長的需求。因此，可以通過摻雜、異質(zhì)結(jié)復(fù)合等方式來改善材料的氣敏性能。LI等［31］以三維金屬有機(jī)骨架{［Zn5（L）2（H2O）5］·7（DMA）·10（H2O）}n（HPU-15）為模板，通過簡單煅燒制備了菱形ZnO，這種ZnO材料對于TEA有良好的氣敏性能。當(dāng)HPU-15浸泡在含Cu（Ⅱ）的溶液中時(shí)，HPU-15中的Zn2+能被Cu2+迅速交換，然后以離子交換產(chǎn)物Cu＠HPU-15為原料制備了CuO/ZnO。不同于ZnO對TEA的選擇性響應(yīng)，CuO/ZnO對CH3OH具有最高的傳感性能。第一性原理計(jì)算表明，氣敏性能的變化主要?dú)w因于材料吸附能的變化，從而引起氣敏性能的變化。ZHAI等［23］以普魯士藍(lán)類似物為犧牲模板，采用共沉淀法合成了具有均勻的形貌和物理尺寸的多孔MOF基ZnO/ZnFe2O4材料。制備的傳感器在170℃下對體積分?jǐn)?shù)為1×10-4的TEA具有快速的響應(yīng)和恢復(fù)速度（1 s/9 s）。WEI等［25］以Fe-MIL-88為前驅(qū)體制備了純的α-Fe2O3紡錘體，并通過簡單的溶劑熱法將其與1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的rGO成功地結(jié)合在一起。純凈的α-Fe2O3紡錘體充分地附著在rGO表面?；趓GO/α-Fe2O3納米復(fù)合材料的傳感器比純?chǔ)?Fe2O3紡錘體氣敏性能更好，在300℃下對體積分?jǐn)?shù)為1×10-4TEA的靈敏度從12.18提高到34.33。同時(shí)，rGO/α-Fe2O3納米復(fù)合材料還具有較好的選擇性和較短的響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間。

1.5 rGO-MOS基TEA傳感器

rGO是氧化石墨烯（GO）被還原后的產(chǎn)物，具有表面缺陷和少量官能團(tuán)。近年來，rGO在材料科學(xué)、能源工程等領(lǐng)域顯示出重要的應(yīng)用前景。因此，設(shè)計(jì)和合成具有可控形貌的rGO/MOS復(fù)合材料的氣敏傳感器是一個(gè)不斷深入的研究課題。

rGO基TEA氣敏材料的增敏機(jī)理主要在于rGO自身高的比表面積和良好的電子傳輸速度，可以為氣體的反應(yīng)提供更大的接觸面和更多的活性位點(diǎn)。以rGO/LaFeO3材料為例（見圖3）［32］，當(dāng)rGO/LaFeO3材料與氧氣接觸時(shí)，氧分子捕獲納米材料的電子，并在納米材料周圍形成吸附的氧分子。LaFeO3納米材料表面吸附的氧被電離成O-和O2-，使吸附的氧捕獲導(dǎo)帶上的自由電子，使材料的電阻增加。當(dāng)納米材料傳感器暴露在TEA氣體中時(shí)，O-迅速與TEA氣體分子反應(yīng)，電子被釋放回材料表面。電子會(huì)在rGO和LaFeO3兩種材料中互相轉(zhuǎn)移，從而使載流子濃度重新趨于平衡。由于rGO良好的導(dǎo)電性，rGO/LaFeO3的電子遷移率即使在較低的溫度下也保持在較高的水平，rGO的加入加快了反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移速率，導(dǎo)致納米復(fù)合材料的導(dǎo)電性顯著提高，從而降低rGO/LaFeO3材料的工作溫度，也提升了靈敏度。

圖3 rGO/LaFeO3納米復(fù)合材料的敏感機(jī)理示意圖［32］Fig.3 Mechanism of rGO/LaFeO3 nanocomposites［32］

YUAN等［33］采用一步水熱法制備了雙層Co3O4/rGO三明治狀復(fù)合材料。在200℃的最佳工作溫度下，雙層Co3O4/rGO材料對體積分?jǐn)?shù)為1×10-4的TEA靈敏度比傳統(tǒng)的Co3O4傳感器提高了5倍，最低檢測限度為體積分?jǐn)?shù)為1×10-6。氣敏性的提高是因?yàn)镃o3O4/rGO材料中Co3O4的雙層結(jié)構(gòu)能有效利用rGO的表面積，增加與TEA氣體的反應(yīng)活性位點(diǎn)。LI等［34］用DF-PDI有效地自組裝在rGO上，得到的rGO/DF-PDI異質(zhì)結(jié)不僅有效地集成了DF-PDI的氣敏特性和良好的導(dǎo)電性，而且表現(xiàn)出p-n結(jié)的放大效應(yīng)和rGO的高比表面積。由于這種顯著的協(xié)同效應(yīng)，rGO/DF-PDI氣敏傳感器在常溫下對TEA的檢測下限為體積分?jǐn)?shù)為1.6×10-8，具有很高的靈敏度和選擇性。而且rGO的疏水優(yōu)勢使所制備的傳感器具有優(yōu)異的抗?jié)裥?，解決了實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)問題。

2 結(jié)論和展望

綜述了近年來基于MOS的TEA傳感器的研究進(jìn)展，并對不同材料類型TEA傳感器的原理進(jìn)行了介紹。為將電阻式MOS基TEA氣體傳感器的性能進(jìn)一步提高，通過對近幾年氣敏材料領(lǐng)域發(fā)展的回顧得出，基于MOS的TEA檢測傳感器未來研究方向主要包括以下幾個(gè)方面。

1）TEA傳感器性能的提高。與實(shí)驗(yàn)室測試環(huán)境相比，現(xiàn)實(shí)生活、生產(chǎn)環(huán)境中的氣體組成更加復(fù)雜，還伴有粉塵、細(xì)菌等不利于器件長期工作的因素，因此制備的傳感器材料對于被測氣體的選擇性極為重要。此外，材料的晶粒尺寸和表面形貌對其敏感度有很大影響：晶粒尺寸越小，材料暴露出來的可供反應(yīng)的活性位點(diǎn)就越多，越有利于載流子的運(yùn)輸；如納米管、納米線、空心球等多層次的微觀形貌可以提供更大的比表面積，更有利于材料對氣體分子的吸附，提高反應(yīng)效率，進(jìn)而提升材料的氣敏性能。

2）常溫下TEA敏感材料的制備。從近幾年的研究來看，MOS基TEA氣敏傳感器工作溫度大多數(shù)不在室溫。TEA是一種可燃?xì)怏w，在高溫檢測環(huán)境下存在一定的安全隱患。所以，可以采用摻入雜質(zhì)、表面微結(jié)構(gòu)調(diào)控、復(fù)合異質(zhì)結(jié)等方式降低傳感器材料的工作溫度。相比于純的MOS材料，復(fù)合材料具有更低的工作溫度、更高的敏感性和優(yōu)異的選擇性。但是，自然界元素種類多種多樣，不同的復(fù)合方式會(huì)得到不同的結(jié)果。相關(guān)的研究還需要更深一步的實(shí)驗(yàn)探索，以制備出更高性能的TEA氣敏材料。

3）小型化、智能化TEA檢測設(shè)備。傳感器作為檢測和監(jiān)測的重要手段，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷應(yīng)用，其作用越來越不可替代。近年來，相關(guān)的氣敏傳感器的制備技術(shù)和集成化方面有了很大發(fā)展。氣體傳感器的尺寸和能耗不斷降低，性能不斷提升。采用物聯(lián)網(wǎng)和氣體傳感器相結(jié)合技術(shù)，以形成智能化網(wǎng)格化的檢測方式，使得傳感器的誤報(bào)率降低，檢測結(jié)果更加可靠。氣體傳感器將會(huì)提供從工業(yè)生產(chǎn)安全到大氣環(huán)境監(jiān)測、從室內(nèi)空氣質(zhì)量到人體健康等方面準(zhǔn)確可靠的信息，隨著模糊算法等互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化的發(fā)展，未來TEA氣體傳感器將向著可同時(shí)在線監(jiān)測、多層次互不干擾的智能化氣體傳感器的方向發(fā)展。