气敏传感器研发现状与进展

气敏传感器及其阵列是电子鼻研制的关键技术，选择合适的传感器阵列对提高电子鼻检测系统整体的性能至关重要。气敏传感器的关键部分是敏感材料，不同的敏感材料可以构成不同类型的气敏传感器。通常情况下，研发适用于电子鼻的气敏传感器需要考虑以下因素：

①所有传感器应具备较高的一致性和可重复性。

②传感器的响应时间与恢复时间应较短，且性能较稳定。

③传感器对不同检测气体的响应特性应具有广谱性。

④传感器阵列中的传感器应具有交叉敏感性，以提高传感器阵列对气体响应的效率。

电子鼻常用的气敏传感器可分为以下四类。

（一）金属氧化物半导体（MOS）电导型气敏传感器

金属氧化物半导体传感器主要利用其处于工作温度时的金属氧化物材料在与扩散的待测气体分子接触时，金属氧化物半导体器件释放或被夺取电子使得金属氧化物半导体器件的电阻值发生变化的原理来检测气体。待测气体种类和浓度决定着金属氧化物半导体传感器的阻值，并由此导致MOS传感器输出了不同的特征信号。目前，电子鼻中采用的金属氧化物半导体气敏传感器主要由SnO₂、ZnO₂、Fe₂O₃、TiO₂、WO₃等基底活性材料及掺入的微量铂、钯等贵金属作为催化剂制成，催化剂可以缩短传感器达到化学反应平衡的响应时间，加快传感器的响应速度。金属氧化物半导体传感器具有结构简单、易小型化、寿命长、价格便宜、一致性好、适用范围宽等优点，适用于还原性气体，特别是可燃性气体（如CO和H ₂）的检测。金属氧化物半导体传感器是电子鼻中应用最广泛的一种传感器。(www.xing528.com)

（二）电化学气敏传感器

电化学气敏传感器是利用待测气体与传感器内的电解质相接触时，发生氧化还原反应，引起流经外部线路的电流发生变化来实现对待测气体检测的。其信号主要与待测气体的种类与浓度有关，依据电化学气敏传感器内部电解质的种类可分为水液体型、有机溶剂型、离子液体型等。电化学气敏传感器具有选择性强、测量精度高、测量范围大等优点，可用于O₂、HF、SO₂、NH₃、CO、HCN等气体的定性分析或定量检测。

（三）石英晶体微天平（QCM）气敏传感器

石英晶体微天平气敏传感器利用传感器表面的敏感薄膜吸附气体分子时质量变化引起传感器谐振频率值的变化量来实现对待测气体检测的。电子鼻传感器阵列的石英晶体微天平气敏传感器的敏感薄膜材料不同，对待测气体分子的选择吸附能力不同，这导致了不同石英晶体微天平气敏传感器的谐振频率响应不同。石英晶体微天平气敏传感器结构简便，灵敏度高，在室温环境下工作具有较高的稳定性，适用于NH₃、NO₂、SO₂、SO₃、CO、HCl、TNT等有毒有害气体的检测。

（四）声表面波（SAW）气敏传感器

声表面波传感器是利用压电基片表面声波的传播特性随着基片表面物理特性的改变而发生变化的原理制成的气敏传感器。当位于声表面波气敏传感器声表面波传播路径上的敏感膜涂层与挥发性气体接触时，敏感薄膜层质量或电导率发生变化，引起声波在传感器表面的传播速率发生变化，导致声表面波气敏传感器输出的声波传播速率（即频率值）发生改变。声表面波气敏传感器成本低、工作频率高、灵敏度高、功耗低，主要适于NH₃、NO₂、CO等挥发性气体浓度的检测。