• 技術名稱
  • 以二維材料為基礎的ppb等級氣體偵測器
  • 計畫單位
  • 國立清華大學
  • 展區位置
  • 僅供線上展示
  • 聯絡人
  • 李寧
  • 電子信箱
  • leeling0430@gmail.com
技術說明 目前全球空氣汙染風險日益提升,因此如何善用高效能氣體偵測器(gas sensor)搭配目前快速發展的物聯網(IOT)科技針對空氣品質進行早期監控,將會是提升人類生活品質的關鍵。在這個高速擴張中的市場中,電化學式氣體偵測器目前市佔率達44.2%,但此類技術受限於價格過高與壽命較低的缺點,最終將會被金屬半導體式偵測器所取代。半導體式偵測器的主要優點在於目前積體電路製程已經相當成熟,可以將整個模組的尺寸微縮到1mm以下以符合物聯網的需要。但仍有一個致命的缺陷,即是偵測器的關鍵材料金屬氧化物(如SnO2、ZnO)的有效工作溫度大於200℃,需要額外的微機電加熱電路而造成運行功耗增加。這在大量佈建以及24小時長時間運作時會造成可觀的資源浪費,有違物聯網的基本精神。
為了克服這個障礙,本團隊現已發現多種新穎二維材料能在室溫下顯現極高的氣體響應與專一性。團隊並已掌握低成本的高品質量產技術,除取得專利保護外,更開發出功耗極低的高效率氣體偵測器。
舉例而言,目前團隊已開發出SnSe2薄膜量產技術,其針對氮氧化物(NOx)的原型偵測器的工作範圍在0-25ppm。具有最低偵測基線可以低到100ppb、回復時間僅40秒、以及NOx響應較其他氣體高近10倍的選擇性等優勢。其性能與目前國外大廠市售產品相比毫不遜色,但價格可望降低至單顆10美元以下,僅為現有產品的三折價格以下,相當具有市場競爭力。現有偵測器將能夠與工安與環安監測廠商接軌,搭配物聯網技術對工廠廠區、隧道、電子業廠房等進行NOx早期偵測。此外團隊亦奠基於二維材料的製程技術,開發酒精、硫氧化物、一氧化碳、臭氧等各種重要氣體偵測器,提供精準可靠的空氣品質監控。
科學突破性 本技術完成一種在低溫下將二維材料均勻成長在目標基板的製程,除了能製備高品質二維材料以彰顯其對氣體的高響應外,更重要的是能在晶圓的特定電路位置成長二維材料,不需要目前習用的複雜轉移過程。由於製造成本大幅降低,可以在偵測器上透過積體電路提高二維材料靈敏度與精確度,取代現今習用的氣體偵測器。
產業應用性 團隊開發出的二維材料氣體偵測器性能與目前國外大廠產品相比毫不遜色,且製造成本大幅降低,價格可望降低至單顆10美元以下,為現有產品的三折價格以下,相當具有市場競爭力。未來針對NOx在空氣污染偵測,酒精偵測器在車輛酒精鎖等剛需應用,能提供精準可靠的產品,完成作為國際偵測器主要供應商的目標。
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