王竹卿老师于2018年4月至2020年12月在日本东北大学期间与日本三井化学公司（Mitsui Chemicals）设计专家合作研发出一种高灵敏四通道纳机械（nanomechanical）气体传感器，并荣获《nature》报道。该多功能气体传感器是日本三井化学公司功能聚合物设计专家与日本仙台东北大学微机电系统（MEMS）传感器研发领导者之间持续合作的产物。

       该传感器使用多功能性聚合物来快速监测痕量的多种目标气体，可以在几秒钟内检测到工业气体泄漏。通过改变所使用的聚合物，该传感器还可以很容易地适应各种领域，从食品饮料生产和化学工艺中的质量控制，到通过呼吸分析对多种健康状况进行无创诊断。

       该传感器的核心是一个集成四个硅框架的芯片，该硅框架上具有梳状的狭缝阵列。不同的功能聚合物嵌入每个框架的狭缝中。当聚合物从空气中吸收气体分子时，其会发生膨胀效应，从而在硅框架的一侧产生应力。然后，敏感单元又将机械应力转化为电能——产生电流。这种传感器设计可确保大多数目标气体的可检测浓度低于bbp级别。四通道聚合物设计还允许同时检测多种目标气体。每种聚合物的独特溶胀响应会在芯片中产生电信号的特征模式，该传感器将其与数据库进行比较以识别存在的气体。相比对水非常敏感的传统半导体传感器而言，该传感器可以在高湿度条件下运行，并通过选择四通道聚合物中的一种来监测湿度水平，以便自动消除湿度波动影响。该传感器的性能研发还在不断提高中，预计下一代原型将于2022年底完成。

传感器工作原理图与传感实验曲线

集成纳机械气体传感器的产品原型

延伸阅读：https://www.nature.com/articles/d42473-022-00112-2

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