室内空气污染物实现快速实时的检测和监测
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文 |孙鹏
自2015年科技部启动科技计划方式改革以来，“国家重点研发计划”作为改革中的重中之重备受各方关注。首批启动项目的评审结果已于6月26日公布。吉林大学电子科学与工程学院青年教师孙鹏博士，作为项目负责人申请的“面向室内VOCs快速检测的高灵敏半导体气体传感器的研究”项目，获得“大气污染成因与控制技术研究专项青年科学家项目”的资助。
1.传统技术路线复杂，在线监测难以实施
该项目主要针对室内环境中典型化学污染物挥发性有机化合物（VOCs）进行快速检测和监测的研究。目前，传统离线检测VOCs的技术主要是气相色谱质谱法，虽然检测精度高、稳定性强，但是，采样及样品前处理复杂、检测周期长，满足不了快速、实时、在线的检测需要。而传统的VOCs在线检测技术大多依靠光谱技术，在实际应用中都存在一些局限性。利用气体传感器作为采集室内环境污染气体信息的手段，代替传统的仪器分析方法，不仅能够满足实时、在线和快速检测的要求，也能大幅度降低成本。作为最终目标可以构建便携式在线检测和监测仪器，也可以与换气系统相结合，实现室内空气质量的检测与控制一体化。因此，研究和开发全固态、小体积、低功耗、高灵敏、高选择和高可靠的VOCs气体传感器势在必行。
2.融合尖端技术，打造监测利器
针对室内典型气体污染物（VOCs）快速检测的迫切需求，该项目围绕国家重点研发计划大气污染成因与控制技术研究专项指南中的“开发室内公共场所典型化学污染物快速检测技术、有毒有害微生物和致敏源监测技术”开展研究工作。旨在研制出高灵敏、高选择、高稳定半导体氧化物VOCs传感器，在此基础上开发基于传感器的在线、便捷以及快速的检测技术。通过本项目的实施，确立提升传感器灵敏度、选择性和稳定性的传感和器件的设计策略和关键技术。为研制低检测限、高灵敏、高选择和高稳定的实用化VOCs传感器奠定理论基础，同时也为室内空气污染防治策略和评价技术体系提供核心技术和关键器件。
项目研究中，将融合纳米敏感材料制备技术、MEMS加工技术和传感器实用化技术研制出面向室内公共场所空气污染物VOCs检测的低成本半导体气体传感器。围绕改善半导体氧化物传感器的灵敏度、选择性、稳定性和可靠性开展系统的研究工作。将从纳米半导体氧化物分等级结构的设计与制备、纳米结构改性增感方法和技术的确立以及半导体氧化物传感器实用化技术的优化入手，采用综合的策略解决半导体氧化物传感器在室内VOCs检测应用中的关键技术问题。
3.从源头治理，还一方‘净土’
该项目采用传感技术检测室内污染物VOCs，是一种原位、在线、快速、便捷和经济的方法和技术，对于实时在线监测污染源、确立室内环境污染治理策略、建立室内污染气体（VOCs）预警机制具有十分重要的科学意义。该项目的研究是改善室内环境、从源头治理室内污染的不可或缺的技术和手段。同时，使用VOCs传感器的室内环境检测系统与现有的分析仪器相比具有明显的价格优势，因此，项目所形成传感器的关键技术对于传感器和环境产业的发展具有强有力的支撑作用，能够产生可观的经济效益。