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传感器“鼻子”能嗅万亿分之一浓度爆炸物

发布日期:2021-10-13 04:40

本文摘要:发生爆炸涉及的恐怖袭击对全球安全性和平稳造成了极大的威胁,探寻可信的痕量爆炸物气氛检测方法是遏止发生爆炸恐怖袭击的有效地手段之一。中国科学院新疆化学系技术研究所环境科学与技术研究室科研人员研发了基于氧化锌插层调节的高灵敏硝基爆炸物气氛肖特基结,需要构建对TNT、DNT、PNT、PA、RDX及尿素等爆炸物在十亿分之一甚至万亿分之一浓度范围的检测。目前,用作痕量爆炸物检测的方法主要有离子迁入序、荧光、纳曼光谱和气敏传感。

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发生爆炸涉及的恐怖袭击对全球安全性和平稳造成了极大的威胁,探寻可信的痕量爆炸物气氛检测方法是遏止发生爆炸恐怖袭击的有效地手段之一。中国科学院新疆化学系技术研究所环境科学与技术研究室科研人员研发了基于氧化锌插层调节的高灵敏硝基爆炸物气氛肖特基结,需要构建对TNT、DNT、PNT、PA、RDX及尿素等爆炸物在十亿分之一甚至万亿分之一浓度范围的检测。目前,用作痕量爆炸物检测的方法主要有离子迁入序、荧光、纳曼光谱和气敏传感。

其中,基于电学传感器的气敏检测方法以非认识、取样非常简单、可靠性高等优势而倍受注目。然而,在实际场景中,爆炸物蒸气浓度不会高于十亿分之一甚至千万亿分之一级别,因此,导电在纳米材料表面的爆炸物分子很少,这就必须传感器在实际检测时具备极高的灵敏度。

此款基于氧化锌插层调节的高灵敏硝基爆炸物气氛肖特基结就是针对此问题而研发。不过,单个电学传感器不能检测但无法辨识爆炸物,必须传感器阵列才能使爆炸物的辨识沦为有可能。因为大自然嗅觉系统在气体检测方面具备超高的灵敏度,可超过0.1飞摩尔,对设计和建构痕量气氛传感器具备十分最重要的糅合起到。

所以传感器阵列的建构类似于人工嗅觉系统,将不利于爆炸物蒸气的辨识检测。按照这个逻辑,传感器阵列可以通过一组实体传感器协同工作来构建。然而,传统意义上的传感器阵列其中的一个传感器如果无法工作,整个传感器阵列的辨识能力都会受到影响。

因此,如何修改传感器阵列的结构,并在此基础上构建对爆炸物气氛的高灵敏辨识检测,具备十分最重要的现实意义,而且极具挑战。这只“鼻子”的高灵敏传感材料由石墨烯/氧化锌/硅纳米线三元肖特基结构成。在此基础上,精妙地通过调节单色LED光源的透射调制传感器性能。

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因此,对于同一种爆炸物气氛,在8种有所不同透射下,肖特基结会产生8个有所不同的响应值。另外,由于有所不同的爆炸物分子获得电子和丧失电子的能力有所不同,因而,对于有所不同的爆炸物,肖特基结即使在同一种透射下呈现的号召大小也不一样。

最后,通过主成分分析方法对号召数据展开分析处置,构建了对TNT、DNT、PNT、PA、RDX、Urea、BP(黑火药)和AN(硝铵)等8种制式及非制式爆炸物的高灵敏、较慢辨识检测。与传统的传感器阵列比起,该传感器阵列基于单个传感器才可构建阵列检测的功能,同时,大大节约了传感器阵列的制取工序,并从原理上明显提高了阵列的稳定性。不仅如此,利用该光电肖特基结传感器检测不得而知的爆炸物,不仅需要构建爆炸物的辨识,而且可以构建半定量分析。

该研究中的基于一个传感器建构传感器阵列,亦即人工嗅觉系统的方案为修改传感器阵列建构步骤,研发具备辨识功能的爆炸物气氛传感器获取了新的思路。同时,该研究思路均可为其它痕量气氛传感器的设计获取糅合。


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