基于静电纺丝纳米纤维的高性能气体传感器综述

近几十年来，气体传感器技术的发展为污染控制和环境保护带来了显著的成效。相较于其它传感材料，基于静电纺丝技术制备的纳米纤维因其独特的性能而备受关注，例如高比表面积、易于定制的结构设计以及多功能性等，这些特性使得静电纺丝纳米纤维成为气体检测领域潜在应用的理想材料。

据麦姆斯咨询报道，近期，美国微电子材料制造商Brewer Science公司的研究团队在Advanced Sensor and Energy Materials期刊上发表了一篇题为“Nanofibers Enabled Advanced Gas Sensors: A Review”的综述文章，重点探讨了静电纺丝纳米纤维的优势及其在多种气体传感器中的应用特性，并针对该领域面临的挑战和未来发展进行了展望。该综述为利用静电纺丝纳米纤维开发新一代气体传感器提供了全面的参考，有望推动其在更高要求的应用领域发挥作用。

静电纺丝纳米纤维

纳米纤维因其独特的性能，广泛应用于各种领域，尤其在气体传感方面独具应用潜力。虽然化学气相沉积、溶胶-凝胶法和模板辅助合成等技术在材料成分和结构形态的精确控制方面各有优势，但它们往往受限于高能耗、工艺复杂性以及对先进设备的依赖。相较而言，静电纺丝技术因其操作简单、成本效益和灵活性，被认为是一种优越的技术，它能够精确控制纤维形态和成分，这对于提升传感器性能至关重要。基于静电纺丝制备的纳米纤维具备优异的比表面积、可调节的孔径、可调的形态以及能够整合多种功能性材料的特性，在过滤系统、再生医学、能量存储和传感技术等领域有着广泛的应用前景。

基于静电纺丝纳米纤维的气体传感器

利用静电纺丝技术制备的纳米纤维，能够显著提升气体传感器的选择性、稳定性和集成性，实现高性能的气体传感装置。这篇综述概述了静电纺丝纳米纤维在检测一氧化碳（CO）、氢气（H₂）、二氧化碳（CO₂）、硫化氢（H₂S）、氨气（NH₃）、氮氧化物（NOx）、氧气（O₂）及挥发性有机化合物（VOC）等气体中的应用。

图2 基于静电纺丝纳米纤维的CO和H₂传感器

图3 基于静电纺丝纳米纤维的CO₂传感器

图4 基于静电纺丝纳米纤维的H₂S传感器

图5 基于静电纺丝纳米纤维的NH₃传感器

图6 基于静电纺丝纳米纤维的NOx传感器

图7 基于静电纺丝纳米纤维的O₂传感器

图8 基于静电纺丝纳米纤维的VOC传感器

研究总结与展望

静电纺丝纳米纤维具有传统传感材料无法比拟的优势，已成为气体传感器领域的一项革新。静电纺丝纳米纤维不仅能显著提升气体传感器的灵敏度，其独有的高比表面积以及适应性强的特点，使其特别适合开发可穿戴和便携式传感装置，展现了静电纺丝纳米纤维的巨大潜力和灵活性。

然而，如同所有新兴技术，将静电纺丝纳米纤维应用于气体传感器的过程也面临着挑战，包括维持纳米纤维的长期稳定性和重复性、避免纳米纤维的聚集、提升其扩展性以及实现与现有系统的无缝集成。

随着环保要求的提升和对高效、精确气体检测系统的需求增长，纳米纤维在气体传感器应用中的重要性将会不断增强。通过深入研究各种有机与无机材料及其组合，有望开发出更高灵敏度和选择性的气体传感器。同时，结合不同材料和技术的优势，设计混合系统有望突破现有的局限。此外，将传感器与人工智能（AI）分析工具相结合，不仅能够提升实时监测的能力，还能深化对数据模式和预测结果的理解。期待该领域出现更多新的突破，将静电纺丝纳米纤维与气体传感技术的结合推向新的高度。

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

审核编辑：刘清