近幾十年來，氣體傳感器技術(shù)的發(fā)展為污染控制和環(huán)境保護(hù)帶來了顯著的成效。相較于其它傳感材料，基于靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維因其獨(dú)特的性能而備受關(guān)注，例如高比表面積、易于定制的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及多功能性等，這些特性使得靜電紡絲納米纖維成為氣體檢測(cè)領(lǐng)域潛在應(yīng)用的理想材料。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，美國(guó)微電子材料制造商Brewer Science公司的研究團(tuán)隊(duì)在Advanced Sensor and Energy Materials期刊上發(fā)表了一篇題為“Nanofibers Enabled Advanced Gas Sensors: A Review”的綜述文章，重點(diǎn)探討了靜電紡絲納米纖維的優(yōu)勢(shì)及其在多種氣體傳感器中的應(yīng)用特性，并針對(duì)該領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)和未來發(fā)展進(jìn)行了展望。該綜述為利用靜電紡絲納米纖維開發(fā)新一代氣體傳感器提供了全面的參考，有望推動(dòng)其在更高要求的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮作用。

靜電紡絲納米纖維

納米纖維因其獨(dú)特的性能，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，尤其在氣體傳感方面獨(dú)具應(yīng)用潛力。雖然化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠法和模板輔助合成等技術(shù)在材料成分和結(jié)構(gòu)形態(tài)的精確控制方面各有優(yōu)勢(shì)，但它們往往受限于高能耗、工藝復(fù)雜性以及對(duì)先進(jìn)設(shè)備的依賴。相較而言，靜電紡絲技術(shù)因其操作簡(jiǎn)單、成本效益和靈活性，被認(rèn)為是一種優(yōu)越的技術(shù)，它能夠精確控制纖維形態(tài)和成分，這對(duì)于提升傳感器性能至關(guān)重要。基于靜電紡絲制備的納米纖維具備優(yōu)異的比表面積、可調(diào)節(jié)的孔徑、可調(diào)的形態(tài)以及能夠整合多種功能性材料的特性，在過濾系統(tǒng)、再生醫(yī)學(xué)、能量存儲(chǔ)和傳感技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

基于靜電紡絲納米纖維的氣體傳感器

利用靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維，能夠顯著提升氣體傳感器的選擇性、穩(wěn)定性和集成性，實(shí)現(xiàn)高性能的氣體傳感裝置。這篇綜述概述了靜電紡絲納米纖維在檢測(cè)一氧化碳（CO）、氫氣（H?）、二氧化碳（CO?）、硫化氫（H?S）、氨氣（NH?）、氮氧化物（NOx）、氧氣（O?）及揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）等氣體中的應(yīng)用。

圖2 基于靜電紡絲納米纖維的CO和H?傳感器

圖3 基于靜電紡絲納米纖維的CO?傳感器

圖4 基于靜電紡絲納米纖維的H?S傳感器

圖5 基于靜電紡絲納米纖維的NH?傳感器

圖6 基于靜電紡絲納米纖維的NOx傳感器

圖7 基于靜電紡絲納米纖維的O?傳感器

圖8 基于靜電紡絲納米纖維的VOC傳感器

研究總結(jié)與展望

靜電紡絲納米纖維具有傳統(tǒng)傳感材料無法比擬的優(yōu)勢(shì)，已成為氣體傳感器領(lǐng)域的一項(xiàng)革新。靜電紡絲納米纖維不僅能顯著提升氣體傳感器的靈敏度，其獨(dú)有的高比表面積以及適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，使其特別適合開發(fā)可穿戴和便攜式傳感裝置，展現(xiàn)了靜電紡絲納米纖維的巨大潛力和靈活性。

然而，如同所有新興技術(shù)，將靜電紡絲納米纖維應(yīng)用于氣體傳感器的過程也面臨著挑戰(zhàn)，包括維持納米纖維的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和重復(fù)性、避免納米纖維的聚集、提升其擴(kuò)展性以及實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有系統(tǒng)的無縫集成。

隨著環(huán)保要求的提升和對(duì)高效、精確氣體檢測(cè)系統(tǒng)的需求增長(zhǎng)，納米纖維在氣體傳感器應(yīng)用中的重要性將會(huì)不斷增強(qiáng)。通過深入研究各種有機(jī)與無機(jī)材料及其組合，有望開發(fā)出更高靈敏度和選擇性的氣體傳感器。同時(shí)，結(jié)合不同材料和技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)混合系統(tǒng)有望突破現(xiàn)有的局限。此外，將傳感器與人工智能（AI）分析工具相結(jié)合，不僅能夠提升實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的能力，還能深化對(duì)數(shù)據(jù)模式和預(yù)測(cè)結(jié)果的理解。期待該領(lǐng)域出現(xiàn)更多新的突破，將靜電紡絲納米纖維與氣體傳感技術(shù)的結(jié)合推向新的高度。

論文信息：
https://doi.org/10.1016/j.asems.2024.100093

審核編輯：劉清