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　　【仪表网 仪表研发】近日，安徽光机所激光中心方晓东、孟钢研究员团队研发出低温抗湿度干扰，对石化等监测应用场景适应度更高的硫化氢(H2S)传感器。
 

　　H2S是一种易燃、易爆、有腐蚀性的窒息性剧毒气体，可能存在于石油开采、石油提炼、天然气井、矿井、造纸、印染、制药、污水处理等多个行业。全国因H2S泄露导致的中毒事故时有发生，进一步强化H2S的监测预警至关重要。
 

　　尽管金属氧化物半导体型H2S传感器具有尺寸小、功耗低、易于布网等优点，但绝大部分H2S传感器需要在较高的工作温度(~150 – 350 °C)下工作，限制了其在天然气、石化、矿井等易燃易爆场所的应用。此外，环境中动态变化的水汽(极性分子，浓度102 – 105 ppm)常会占据氧化物半导体(如SnO2、ZnO等)传感器表面活性位点，常导致传感器灵敏度的下降及(H2S)选择性的丧失。
 

　　为解决上述问题，安徽光机所团队采用具有疏水特性的(Sr0.6Bi0.305)2Bi2O7(SBO)为母体材料，复合10 mol% ZnO，形成SBO/ZnO n-n异质结复合传感器。该复合材料不仅继承了SBO优异的疏水特性，削弱了环境中极性水分子在传感器表面的吸附作用，使器件具有优异的抗湿度干扰特性，同时ZnO在较低温(75℃，低于电工委员会苛刻的T6等级温度—85℃)表面硫化后，表面生成的ZnS会通过ZnO向SBO注入大量载流子，使复合器件具有优异的选择性、高响应(10 ppm H2S灵敏度为107.6)和低检测限(~20 ppb)。此外，器件出色的长期稳定性(96天后响应下降约3%)为氧化物半导体型H2S传感器在石化、天然气、矿井等多领域的实际应用奠定了重要基础。
 

　　相关成果以“基于(Sr0.6Bi0.305)2Bi2O7/ZnO异质结的新型高性能低温H2S气体传感器”为题，发表于Journal of Hazardous Materials杂志上。
 

　　以上研究工作由国家自然科学基金、中科院合作及合肥研究院安徽光机所相关项目资助。
 

图 SBO/ZnO传感器气敏响应特性：　(a)选择性；(b)长期稳定性；(c)湿度依赖性；(d)本工作与现有H2S传感器的工作温度及灵敏度对比，背景为IEC防爆等级T3-T6。