納米線傳感器在納米系統(tǒng)和人們?nèi)粘Ｉ钪杏泻艽蟮膽?yīng)用前景。傳統(tǒng)的納米線化學(xué)傳感器主要是基于兩端歐姆的納米線，通過(guò)目標(biāo)分子在納米線表面吸附引起的納米線電阻改變來(lái)進(jìn)行化學(xué)檢測(cè)。這種單根納米線化學(xué)傳感器通?？赏ㄟ^(guò)的電流都很小，在pA至nA量級(jí)，需要較為精密的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量。另外，分子在表面的吸附和解吸附是一個(gè)相對(duì)較慢的過(guò)程，這也導(dǎo)致相應(yīng)的傳感器反應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，這也嚴(yán)重地限制了傳感器的應(yīng)用。

    據(jù)報(bào)道，最近美國(guó)佐治亞理工學(xué)院和中科院納米能源與系統(tǒng)研究所王中林教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組利用壓電電子學(xué)效應(yīng)對(duì)肖特基結(jié)納米線傳感器進(jìn)行調(diào)節(jié)，制備出高性能傳感器——pH傳感器和蛋白質(zhì)傳感器。

    壓電效應(yīng)是壓電材料在應(yīng)力作用下產(chǎn)生形變時(shí)出現(xiàn)的一種內(nèi)部電勢(shì)的現(xiàn)象，廣泛應(yīng)用于微機(jī)械傳感、器件驅(qū)動(dòng)和能源領(lǐng)域。對(duì)于氧化鋅、氮化鎵等半導(dǎo)體材料，由于同時(shí)具有壓電性和半導(dǎo)體性，壓電效應(yīng)可以改變金屬-半導(dǎo)體的界面勢(shì)壘和p-n結(jié)的輸運(yùn)性質(zhì)，這就是壓電電子學(xué)效應(yīng)?；谶@一想法，潘曹峰博士，于若蒙，牛思淼和朱光等博士生在王中林教授領(lǐng)導(dǎo)下先后構(gòu)建了基于表面修飾的ZnO納米線、具有肖特基接觸的pH傳感器和蛋白質(zhì)傳感器，并通過(guò)外加應(yīng)力使ZnO納米線內(nèi)部產(chǎn)生壓電電場(chǎng)，從而調(diào)節(jié)肖特基接觸勢(shì)壘高度，使這種化學(xué)傳感器在探測(cè)相同濃度的蛋白質(zhì)分子和質(zhì)子濃度時(shí)，器件檢測(cè)信號(hào)極大的提升了數(shù)個(gè)量級(jí)，其結(jié)果分別發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)納米》和《能源與環(huán)境科學(xué)》。

    這類新型納米線傳感器通過(guò)對(duì)納米線施加一定應(yīng)力，使其內(nèi)部產(chǎn)生壓電電勢(shì)，在納米線兩端產(chǎn)生不可屏蔽的壓電電荷，進(jìn)而調(diào)整納米線兩端肖特基接觸勢(shì)壘高度，改變傳感器的輸運(yùn)性質(zhì)，提升傳感器的檢測(cè)信號(hào)。

    文章中報(bào)道了同一個(gè)器件，通過(guò)施加0.92%的壓縮應(yīng)變后，其檢測(cè)電流可從不加應(yīng)力時(shí)的1.2nA提高到1.8μA，超過(guò)1000倍，使得傳感器信號(hào)檢測(cè)更為容易，從而擺脫對(duì)高精度檢測(cè)儀器的依賴。

    更為重要的是，納米線內(nèi)部的極化電場(chǎng)和極化電荷有可能將溶液中遠(yuǎn)處的帶相反電荷的待探測(cè)物質(zhì)通過(guò)靜電引力吸附到納米線附近溶液中，使得行測(cè)物質(zhì)在納米線傳感器附近“濃縮”，這樣待測(cè)物質(zhì)或目標(biāo)分子在納米線上的吸附機(jī)率將大為增加，這樣便可提升同種化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)檢測(cè)極限。這種基于肖特基結(jié)納米結(jié)構(gòu)以及壓電電子學(xué)效應(yīng)的化學(xué)傳感器的設(shè)計(jì)思路和方法，在自驅(qū)動(dòng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)，甚至國(guó)防科技方面都將有很大的應(yīng)用前景。