刘继江, 于海超, 刘志远, 咸婉婷, 王洋洋, 杨永超

(中国电子科技集团公司第四十九研究所,黑龙江 哈尔滨 150001)

0 引 言

氨气作为一种有刺激性气味的无色气体,存在于古代早期的空气中,可能是水和生命的主要来源[1]。目前,大部分空气中的氨气是由氨化作用和燃烧产生的,氨化主要是细菌和真菌的新陈代谢活动,降解动植物的有机氮产生的。此外,化学工厂生产肥料和其它化学物质时产生氨气并释放到大气中。氨气体积分数即使低于50×10-6也能刺激人类的呼吸器官、皮肤和眼睛,因此，室内氨气8 h允许浓度设定为25×10-6。而且,氨气在潮湿环境中自发与化石燃料燃烧产生的SO2和NO2反应分别产生硫酸铵和硝酸铵,成为空气污染物例如PM2.5粒子的主要来源,这些污染物粒子可引起呼吸和心血管健康疾病。同时,人类的新陈代谢也产生氨气,呼出气体中的氨气作为生理标记物可用于诊断由肾紊乱引起的不正常的尿平衡和由幽门螺杆菌引起的胃感染。患终末期肾病的病人呼出气体的氨气体积分数范围比正常人高,病人为0.82×10-6～14.7×10-6(平均为4.88×10-6),而正常人呼出氨气体积分数范围为(0.425～1.8)×10-6(平均为0.96×10-6)[2]。携带幽门螺杆菌的病人在进行尿素呼吸试验时,呼出气体的体积分数是正常人的5倍,这是因为幽门螺杆菌可促进尿素转化为氨气和碳酸氢盐。因此,研制可探测10-6级的高灵敏快响应氨气传感器对于环境监测和医疗诊断具有重要意义。

虽然金属氧化物半导体例如SnO2[3],WO3[4],MoO3[5]具有容易合成、低成本、容易集成等优点,并可探测10-6级氨气,但它们需要高工作温度(200～400)℃,导致其功耗高以及复杂的热绝缘结构,不能用于可穿戴室温工作氨气传感器。……