山東理工大學新型柔性氣敏傳感器，重塑室溫NO?檢測新標桿

近日，山東理工大學物理與光電工程學院尹廣超教授團隊的一項成果，真正做到了“性能與實用兼顧”——一款基于加捻輔助自修復的新型柔性氣敏傳感器，成功實現室溫下對NO?的超靈敏、快速檢測，相關論文發表于國際頂級期刊《Advanced Materials》，這在柔性氣敏傳感領域，無疑是一次極具落地價值的突破。

聊這項成果前，我們先說說行業內的“老難題”。從事儀器檢測相關工作的人都清楚，NO?作為典型的有害氣體，廣泛存在于汽車尾氣、工業生產、火力發電等場景，其微量泄漏不僅會污染環境，長期接觸更會損害人體呼吸系統，因此超低濃度檢測需求日益迫切。但長期以來，NO?檢測儀器始終面臨“兩難選擇”。

傳統的金屬氧化物半導體（MOS）傳感器，是工業上常用的NO?檢測設備，但其致命短板的是，必須在200-400℃的高溫環境下才能正常工作——這意味著不僅功耗居高不下，還需要配套復雜的加熱裝置，體積偏大、安全性不足，根本無法適配便攜式、可穿戴等輕量化應用場景，更談不上集成到智能穿戴設備中實現實時監測。

為了解決高溫依賴問題，行業內也陸續出現了一些室溫NO?傳感器，但新的問題又隨之而來：要么靈敏度不足，無法檢測到超低濃度的NO?；要么響應和恢復速度太慢，檢測效率低下，難以滿足實時監測需求；更關鍵的是，這類傳感器的選擇性普遍較差，容易受到空氣中H?S、CH?、NH?等干擾氣體的影響，導致檢測結果偏差，無法應用于復雜環境。

尹廣超教授團隊的這項研究，沒有回避這些行業痛點，而是針對性地給出了“一站式解決方案”。不同于很多團隊單純追求參數突破，該團隊從材料選型到制備工藝，每一步都圍繞“實用化”展開——選用聚氨酯（PU）非織物作為柔性基底，既保證了器件的輕薄、可彎曲特性，又具備足夠的機械強度，貼合可穿戴設備的使用需求；以還原氧化石墨烯（rGO）作為導電介質，保障電子傳輸的穩定性；再搭配金/鈀納米顆粒（Au/PdNPs）復合聚噻吩（PEDOT）材料作為傳感層，借助貴金屬的催化作用和導電聚合物的室溫活性，一舉解決了室溫下靈敏度不足的問題。

團隊采用“分步構建-原位組裝”的制備策略，有效解決了活性材料與基底界面附著力差、易分層的行業難題；而加捻輔助自修復設計，更是填補了柔性氣敏傳感器自修復功能的短板——這意味著，即便傳感器發生輕微磨損、形變，也能自主恢復性能，大幅提升了器件的耐用性和使用壽命，這對于降低實際應用中的維護成本、推動產業化落地，有著至關重要的意義。

從實際檢測性能來看，這款傳感器的表現同樣讓人驚喜。據悉，該傳感器在室溫下對NO?的檢測范圍覆蓋0.1-800 ppm，既能實現超低濃度的微量檢測，也能滿足高濃度的預警需求；在1 ppm濃度下，靈敏度可達27%，響應時間僅需7秒，恢復時間也只有38秒，徹底解決了傳統室溫傳感器“響應恢復慢”的痛點，檢測效率堪比專業實驗室設備；最低檢測限更是低至2 ppb，遠低于美國EPA規定的53 ppb、ACGIH規定的200 ppb人體暴露閾值，檢測精度達到國際領先水平。

更難得的是其優異的選擇性——在10 ppm的H?S、CH?、NH?等干擾氣體，以及乙醇、甲醛等VOCs存在的情況下，傳感器對NO?的響應幾乎可以忽略不計，即便在200 ppb NO?與1 ppm干擾氣的混合環境中，也能穩定檢測出NO?信號，這意味著它可以直接應用于工業車間、停車場、隧道等復雜環境，無需擔心干擾氣體影響檢測結果。

除了性能和工藝上的突破，團隊通過理論模擬分析，揭示的“雙金屬催化-電荷傳輸-界面耦合”協同傳感機制，同樣具有重要的行業參考價值。一項好的傳感技術，不僅要“能用”，還要“能復制、能優化”，而這套清晰的理論框架，為后續柔性氣體傳感器的材料設計、性能優化提供了明確的方向，有助于推動整個柔性氣敏傳感領域的技術升級。

真正有價值的技術，從來都是能解決實際問題、推動行業進步的。山東理工大學這款新型柔性氣敏傳感器的出現，不僅填補了行業空白，更讓我們看到了柔性氣敏傳感技術產業化的希望。