奈米碳管微型氣體偵測器

Original publish date:Jul 17, 2003

編輯 Tzu-Ming Lu 報導

相信大家對電影裡警犬靠著敏銳的嗅覺找到夾藏毒品的畫面一定不陌生。最近美國羅色勒技術學院 (Rensselaer Polytechnic Institute) 的Ashish Modi等人，利用奈米碳管設計出了足以比美狗兒嗅覺的微型氣體偵測器。

一些傳統的氣體偵測器不是太大太笨重，操作電壓太高，就是反應不夠快不夠靈敏，或是由於一些化合物易吸附在偵測器上而日漸退化。Ashish Modi等人設計出來的新型偵測器，恰可以解決這些問題。

這個偵測器的基本架構是一個成長在二氣化矽基板上的奈米碳管陣列，每個奈米碳管尖端的半徑只有15nm，彼此相距約50nm。在奈米碳管尖端上方150μm處以鋁作為另一個電極。由於奈米碳管非常尖細，因此在其附近的電場強度非常的大，足以在低電壓操作下即可將氣體分子游離而導通電路。

經過他們的實驗發現，每種不同的氣體分子，有不同的breakdown voltage，而且在很大的濃度範圍內，幾乎是常數，所以利用breakdown voltage的大小，可以判別出氣體的種類。另外電流大小和氣體的濃度也有很好的指數關係對應，而且不隨使用時間而變化，所以可以藉由電流的大小，測量出氣體的濃度。

相對於傳統氣體偵測器，很大的一個優點在於極低的操作電壓。當電極的間距愈縮愈小時，產生的電場強度愈大，可以在更低的電壓下工作；當間距自150μm縮小至25μm時，只需要大約130V的電壓即可游離氣體分子，這個電壓大小已經可以使用電池提供，有助於開發可攜式的氣體偵測器。

另外一個優點是，對於在空氣中1%濃度等級以下的氣體，這個偵測器的響應有很急劇的變化，而且反應時間極短，只需要幾十個μs，對於工安事件或是恐怖份子毒氣攻擊等場合，有很大的應用價值。

參考論文：

Ashish Modi, Nikhil Koratkar, Eric Lass, Bingqing Wei, and Pulickel M. Ajayan. Miniaturized gas ionization sensors using carbon nanotubes. NATURE VOL 424 10 JULY 2003, 171-174.

參考網頁：

Nanotubes make miniature gas sensors.

http://physicsweb.org/article/news/7/7/8

參考來源：

• Ashish Modi et al., NATURE VOL 424 10 JULY 2003, 171-174
• Nanotubes make miniature gas sensors

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