近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所微納技術(shù)與器件研究室的微納氣體傳感器研究團(tuán)隊(duì)在高性能氣敏器件的宏量制作及其生化戰(zhàn)劑檢測(cè)應(yīng)用研究方面取得了新進(jìn)展，相關(guān)研究成果已發(fā)表在國(guó)際期刊《化學(xué)通訊》和《科學(xué)報(bào)告》上 。

　　半導(dǎo)體氧化物電阻型薄膜氣體傳感器，由于其成本低廉、制作簡(jiǎn)單及使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。而發(fā)展用于高端領(lǐng)域的質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的高性能氣敏器件，一直是人們所追求的目標(biāo)與面臨的挑戰(zhàn)。近年來(lái)，固體所研究人員與中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所的相關(guān)課題組合作，針對(duì)這些問(wèn)題，提出了一種微納融合的策略，將基于有機(jī)模板的微/納結(jié)構(gòu)有序多孔薄膜與基于微電子機(jī)械加工（MEMS）技術(shù)的微型基板相結(jié)合，成功地研制出高性能電阻型薄膜氣敏器件，獲得了秒級(jí)快響應(yīng)、痕量檢測(cè)限與10毫瓦級(jí)低功耗等優(yōu)越的器件性能，相關(guān)成果發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》（Sci. Rep. 2013, 3, 1669）上。

　　微/納米結(jié)構(gòu)器件的實(shí)用化，仍然是當(dāng)前納米科技研究的一大難點(diǎn)，主要原因是制作成本較高。為此，雙方圍繞著制作低成本高性能器件這一目標(biāo)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，結(jié)合兩個(gè)研究組在晶圓級(jí)MEMS加工工藝和大面積有機(jī)模板制作技術(shù)的特長(zhǎng)，提出了一種新型的晶圓級(jí)高性能氣敏器件的制作策略，即采用布滿MEMS基傳感芯片的硅晶圓片作為襯底，基于模板轉(zhuǎn)移-溶液浸漬法，將晶圓大小的高質(zhì)量有機(jī)模板轉(zhuǎn)移其上，以期一次獲得大量MEMS基氣敏器件。科研人員進(jìn)一步在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了這一策略（圖1），經(jīng)一次模板轉(zhuǎn)移操作，即可獲得數(shù)千計(jì)的MEMS基高性能氣敏器件，且器件間差異得到了有效控制，制作重復(fù)性好，極大地降低了單個(gè)氣敏器件的成本，因此極具實(shí)用推廣價(jià)值。相關(guān)結(jié)果近期發(fā)表在自然出版社的《科學(xué)報(bào)告》上（Sci. Rep. 2015, 5, 10507）。固體所相關(guān)科研人員為論文的共同第一作者以及共同通訊作者。

　　眾所周知，沙林毒氣是一種劇毒神經(jīng)毒劑，可以通過(guò)呼吸道或皮膚黏膜侵入人體，殺傷力極強(qiáng)，其易揮發(fā)，靠自然蒸發(fā)就可以達(dá)到戰(zhàn)斗濃度，一旦散發(fā)出來(lái)，可以使數(shù)公里范圍內(nèi)的人中毒，甚至死亡。當(dāng)前，如何快速簡(jiǎn)便檢測(cè)沙林等神經(jīng)毒氣是人們亟待解決的問(wèn)題。基于上述MEMS基高性能氣敏器件，科研人員與解放軍防化學(xué)院相關(guān)研究組合作，探索了該器件在痕量高毒性生化戰(zhàn)劑（如沙林）檢測(cè)方面的應(yīng)用。科研人員通過(guò)對(duì)敏感材料表面進(jìn)行改性，使得沙林氣體在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)生了還原-氧化性轉(zhuǎn)變，如圖2所示。在400攝氏度，沙林表現(xiàn)了本征的還原性氣體特性，而在300攝氏度，其卻展現(xiàn)了反常的氧化性氣體特性。通過(guò)比較其他氣體（乙醇、丙酮及沙林模擬機(jī)DMMP）響應(yīng)，只有沙林展現(xiàn)出了這種雙性氣體（Janus gas）特性，成功的實(shí)現(xiàn)了對(duì)沙林的選擇性檢測(cè)，有效區(qū)分了沙林和其模擬劑DMMP。該MEMS基器件可檢測(cè)到低達(dá)6 ppb的沙林毒氣，是目前采用金屬氧化物半導(dǎo)體型氣敏傳感器文獻(xiàn)報(bào)道可檢測(cè)到的最低濃度。這項(xiàng)工作，為將電阻型薄膜氣體傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域拓展至某些特殊領(lǐng)域提供了近期可實(shí)現(xiàn)性。這些特殊領(lǐng)域包括，要求快速響應(yīng)、高靈敏、低功耗等的領(lǐng)域，如公共安全領(lǐng)域的高毒性氣體的痕量監(jiān)測(cè)及智能傳感網(wǎng)等。相關(guān)結(jié)果近期發(fā)表在英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)的《化學(xué)通訊》上（Chem. Commun. 2015, 51, 8193-8196）。

　　相關(guān)工作得到了國(guó)家科技部“973”計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽省杰出青年基金等科研項(xiàng)目的資助。