丰桥科技大学 物联网化学传感器，检测吸附在薄纳米片表面的微量气体分子
三年级的博士生高桥俊树、高桥和弘副教授以及他们来自丰桥科技大学电气与电子信息工程系的研究团队开发了一种使用半导体微加工的tes ting芯片，该芯片可以在室温下以ppm浓度检测呼出气体中的挥发性气体
当气体被吸收时膨胀和收缩的聚合物形成在柔性可变形纳米片上，并且当目标气体被吸收时发生的变形量被测量，从而允许以高灵敏度检测气体
该测试芯片采用半导体微加工技术制成几平方毫米大小，有望作为一种物联网气体传感器为远程健康做出贡献，可轻松用于家庭呼吸测试
有测量呼吸和血液中特定分子的测试方法，这些分子是识别各种疾病的存在和进展程度的指标
其中之一是通过呼吸测试的非侵入性测量，这是近年来受到关注的用于具有低患者负担的疾病的有希望的测试方法
据报道，在糖尿病、肾衰竭、肺癌等情况下，呼出气中包含的挥发性有机化合物浓度增加
可以预期，这些实验室标记将被测量用于患者筛查
先前开发的半导体气体传感器具有在传感器上形成的膜，该膜的电阻和电容随着对气体的反应而变化，并且通过将膜加热到几百摄氏度来进行测量
然而，为了减少由于加热引起的外围电路中的温度升高，需要单独形成将加热部分与外围分开的结构，并且由于元件的隔离导致制造工艺的复杂性增加和单位面积集成度的降低是问题
此外，加热导致的功耗增加给物联网设备的应用带来了问题
因此，研究小组开发了一种传感器，这种传感器形成了一种聚合物材料，当气体分子被吸收到一个薄的、可灵活变形的纳米片上时，这种聚合物材料会膨胀和收缩，这种传感器可以根据片的变形量来测量目标气体的吸收量
所提出的传感器利用通过窄间隙的光增强的干涉特性，根据颜色变化来确定气体吸附
利用该技术，实现了一种无需加热机构就能在室温下测量气体的测试芯片
此外，由于在改变形状的薄纳米片和半导体衬底之间形成高达几百纳米的窄的亚微米气隙，该传感器可以增加灵敏度而不增加面积
然而，在形成间隙时，很难将薄纳米片合并到亚微米气隙之上，并且有必要开发新的制造工艺来实现该结构
因此，研究小组将重点放在加热和加压时薄纳米片的强粘合性能上
引入了一种新的制造工艺，其中两个不同的硅衬底被粘附，然后一侧的衬底被移除，以产生具有大约400纳米的亚微米气隙的传感器结构
与以几微米的间隙形成的传统传感器结构相比，传感器响应被证明提高了11倍，并且可以根据颜色变化来确定由于气体吸附导致的薄纳米片的变形
此外，还证明了所开发的测试芯片可以检测浓度为ppm的乙醇气体，这是一种典型的挥发性有机化合物
较低的浓度检测限在性能上与室温下可测量的最灵敏半导体传感器相当，并且与使用相同检测方法的传感器相比，检测性能提高了40倍，而每个元件的面积减少到1/150
该传感器有望用作小型便携式呼吸测试设备
研究小组计划展示使用他们开发的半导体传感器检测各种与疾病相关的挥发性气体的可能性
此外，他们的目标是构建一个小型的便携式呼吸监测传感器系统，比传统的物联网气体传感器消耗更少的能量
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