一、成果背景
气体传感器是一类能够将特定气体浓度转化为可测电信号的核心检测器件，广泛应用于环境监测、工业生产、医疗诊断及国防安全等领域。随着人工智能和物联网的快速发展，气体传感器的市场需求持续增长，且发展趋势呈现柔性化和可穿戴化。柔性气体传感器凭借优异的机械柔韧性、可拉伸性及力学稳定性，在航空航天、国防安全、智能医疗、电子皮肤及便携式可穿戴电子产品等领域展现出广阔应用前景。作为传感器核心的敏感材料，其设计与构筑直接决定器件性能。然而，基于半导体氧化物(MOS)的柔性气体传感器仍面临响应度有限、响应/恢复时间较长等瓶颈。因此，实现高性能柔性室温气体传感器的研发，在关乎国计民生的多个领域都有着重要的科学意义和应用价值。
二、成果简介
电子信息材料与传感器件创新团队面向国家重大战略需求，针对MOS气体传感器响应值低、响应恢复慢以及敏感机制仍不明晰等关键科学问题，通过调控气敏材料的形貌、异质结界面及贵金属催化修饰等方法，研制出系列高性能MOS基气体传感器。研制出系列高性能自支撑金属氧化物柔性气体传感器，具有超柔性、高透气性和热稳定性，实现在高湿模拟呼吸环境中对超低浓度的NO和NO2可穿戴高灵敏传感检测。传感器表现出优异的选择性及弯曲循环稳定性，经过超过10,000次大角度（140°）弯曲后，其性能仍保持稳定。通过原子级精准质量选择银团簇对多孔WO3纳米纤维进行表面功能化修饰，成功构建出可实现痕量ppb级NO2快速检测的高性能气体传感器。研制的超小尺寸Pt团簇修饰的ZnO（Pt@ZnO）纳米纤维基传感器对20ppm丙酮的响应高达51.6，超快的响应恢复时间分别为2s和5s。构筑的新型网状多孔rGO–ZnO复合纳米纤维对超低浓度2ppm异丙醇的响应高达7.1，可快速的在14s和39s内完成响应恢复。研究成果可为高性能MOS气体传感器的研制提供了有效的技术支持和理论指导，相关技术指标可直接应用于相关气体传感器。相关成果发表于Advanced Functional Materials (2025) 2410833、Chemical Engineering Journal（IF=13.2）、Sensors and Actuators: B Chemical 400 (2024) 134941、378 (2023) 133108.
图1 气体传感器检测系统及传感器探针阵列。
图2 自支撑可穿戴传感器可实现非侵入性疾病哮喘的诊断。
图3 柔性气体传感器实现可穿戴和大角度弯曲循环稳定性。
图4 原子级可控银团簇功能化WO3传感器用于高性能NO2检测。
三、技术亮点
本成果主要是基于半导体气体传感器性能调控及其机制研究，研制的Ag175-WO3传感器在低温下对NO2具有优异敏感响应：高响应值221.5-1000 ppb，超低探测限（10 ppb），快速响应/恢复和高选择性；Pt@ZnO纳米纤维基丙酮传感器：对20ppm丙酮的响应值高达51.6，超快的响应恢复时间为2s和5s；新型网状多孔rGO–ZnO复合纳米纤维基异丙醇传感器：对低浓度2ppm异丙醇的响应高达7.1，可快速的在14s和39s内完成响应恢复。成果展现主要是论文为主，相关成果主要发表在Advanced Functional Materials (IF=19.0)、Chemical Engineering Journal（IF=13.2）、Science China Materials、Sensors and Actuators: B Chemical等期刊上。
四、市场前景
随着工业化、城市化及物联网发展，高性能气体传感器在环保、工业安全、医疗健康及智能家居等领域需求快速增长。凭借低成本、高灵敏度及快速响应的优势，本项目研发的气体敏感材料及器件具备广阔应用前景，可推动产业国产化与技术升级，促进经济效益，同时提升环境监测与公共安全水平，市场潜力巨大且发展空间持续扩大。
五、核心知识产权
[1]一种PdO-SnO2-SiO2/SiO2自支撑柔性透气纳米纤维膜气体传感器及其制备方法，专利号：ZL2023109703302，2026，发明专利。
[2]一种In2O3(ZnO)19基复合纳米管材料及其制备方法和气敏检测NO2中的应用，专利号：ZL 202110861534.3，2024，发明专利。
六、技术成熟度
○概念验证 ○原理样机 ●工程样机 ○中试 ○产业化
七、意向合作方式
●联合研发 ○技术入股 ○转让 ○授权（许可） ●面议
成果转移转化中心联系人：张老师 联系电话：029-88166098 电子邮箱：zhangyi@xupt.edu.cn
