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新型碳纳米管气敏传感器的研究进展

2014-07-17 展誉传感 760
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1991 年,日本电气公司的教授 S.Iijima 发现了碳纳米管,它是 90 年代发现的碳家族中第五种同素异形体,由自然界最强的 C-C 共价键结合而成。 碳纳米管的结构可看成是由石墨烯卷成的圆筒,碳原子在其表面呈螺旋状排列,特殊情况下可呈扶手椅和锯齿状。根据壁的层数,它可分为单壁和多壁两种;同时,根据手性矢量(n, m),它又分为金属性和半导体性两种:当 n-m 为 3 的整数倍时,其为金属性,其余情况下则为半导体性。因为特有的力学、电子、化学性质,准一维管状分子结构和潜在应用价值,碳纳米管已成为化学界的一颗新星,引起了物理学家、化学家、材料学家极大的兴趣。各国皆投入了大量的人力、物力对它的性质、制备、应用进行了一系列的研究,并取得了可喜的成果。

纳米碳管具有中空结构和大的壁表面积,对气体具有很大的吸附能力。由于吸附的气体分子与碳纳米管相互作用、改变了它的费米能级的变化进而引起宏观电阻发生较大改变,通过对电阻变化的测定即可检测气体的成分。因此,碳纳米管可来制作气体分子传感器。当前,J.Kong 等人已成功地研究了单根单壁半导体碳纳米管的气敏特性,为一维碳纳米管作为敏感材料构成气敏传感器的研究打开了大门。

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在纳米技术中,纳米器件的研究水平和应用程度标志着一个国家纳米科技的总体水平,而碳纳米管传感器恰恰就是纳米器件研究中的一个极其重要的领域。当然,在碳纳米管传感领域中尚存在很多问题,比如,碳纳米管制作技术不成熟,其性能不尽人意,用碳纳米管做的气敏传感器恢复时间却较长等等。另外,单壁碳纳米管合成时生成的是金属性质管和半导体性质管的混合物,目前的制备方法尚不能生成完全半导体性质的纳米管,由于金属性管没有任何作用,故进行系统性的研究是很困难的。而且,还没有发现在复杂的气体环境下为使纳米管表面具有选择性而对纳米管进行表面修饰的灵活方法。这些问题虽然复杂,但随着碳纳米管技术的进一步发展,必将会被很好的解决。 

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