基于靜電紡絲納米纖維的高性能氣體傳感器綜述

近幾十年來，氣體傳感器技術的發(fā)展為污染控制和環(huán)境保護帶來了顯著的成效。相較于其它傳感材料，基于靜電紡絲技術制備的納米纖維因其獨特的性能而備受關注，例如高比表面積、易于定制的結構設計以及多功能性等，這些特性使得靜電紡絲納米纖維成為氣體檢測領域潛在應用的理想材料。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，美國微電子材料制造商Brewer Science公司的研究團隊在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，重點探討了靜電紡絲納米纖維的優(yōu)勢及其在多種氣體傳感器中的應用特性，并針對該領域面臨的挑戰(zhàn)和未來發(fā)展進行了展望。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，有望推動其在更高要求的應用領域發(fā)揮作用。

靜電紡絲納米纖維

納米纖維因其獨特的性能，廣泛應用于各種領域，尤其在氣體傳感方面獨具應用潛力。雖然化學氣相沉積、溶膠-凝膠法和模板輔助合成等技術在材料成分和結構形態(tài)的精確控制方面各有優(yōu)勢，但它們往往受限于高能耗、工藝復雜性以及對先進設備的依賴。相較而言，靜電紡絲技術因其操作簡單、成本效益和靈活性，被認為是一種優(yōu)越的技術，它能夠精確控制纖維形態(tài)和成分，這對于提升傳感器性能至關重要。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、能量存儲和傳感技術等領域有著廣泛的應用前景。

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)性有機化合物（VOC）等氣體中的應用。

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，已成為氣體傳感器領域的一項革新。靜電紡絲納米纖維不僅能顯著提升氣體傳感器的靈敏度，其獨有的高比表面積以及適應性強的特點，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，將靜電紡絲納米纖維應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期穩(wěn)定性和重復性、避免納米纖維的聚集、提升其擴展性以及實現(xiàn)與現(xiàn)有系統(tǒng)的無縫集成。

隨著環(huán)保要求的提升和對高效、精確氣體檢測系統(tǒng)的需求增長，納米纖維在氣體傳感器應用中的重要性將會不斷增強。通過深入研究各種有機與無機材料及其組合，有望開發(fā)出更高靈敏度和選擇性的氣體傳感器。同時，結合不同材料和技術的優(yōu)勢，設計混合系統(tǒng)有望突破現(xiàn)有的局限。此外，將傳感器與人工智能（AI）分析工具相結合，不僅能夠提升實時監(jiān)測的能力，還能深化對數(shù)據(jù)模式和預測結果的理解。期待該領域出現(xiàn)更多新的突破，將靜電紡絲納米纖維與氣體傳感技術的結合推向新的高度。

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

審核編輯：劉清