【国际时事】氧化镓基多层结构高温甲烷传感器取得突破：俄罗斯科学家开发先进多层气体检测技术

        俄罗斯托木斯克国立大学的研究人员与圣彼得堡国立大学以及俄罗斯科学院（下诺夫哥罗德）微结构物理研究所合作，开发出一种创新的高温甲烷（CH₄）传感器，有望在极端条件下革新气体监测技术。

        该项突破发表于最新研究中，展示了一种新型多层薄膜结构，可在高达 550 °C 的温度下实现甲烷检测，并具备前所未有的灵敏度与响应速度。

        该传感器基于 Ga₂O₃/SnO₂/Ga₂O₃ 多层结构，并引入 SiO₂ 作为阻挡层，这使其在恶劣环境气体检测领域（如火电厂、内燃机及工业燃烧监测系统）具有重要应用潜力。

        ·增强甲烷检测能力：在 550 °C、2000 ppm 甲烷条件下，传感器响应值达到 9.46，响应时间仅 12 秒，恢复时间 140 秒。

        ·显著降低工作温度：通过引入 SiO₂ 顶层，使甲烷检测的最佳工作温度降低约 200 °C，在提升性能的同时提高能效。

        ·优异的氨气灵敏度：在 450 °C 条件下，对氨气的响应值达到 40.59，响应与恢复时间分别为 10.9 秒 和 64.6 秒，在金属氧化物基氨气传感器中处于领先水平。

        ·降低湿度干扰：SiO₂ 顶层有效减少了相对湿度对传感器性能的影响，这对于实际复杂环境应用至关重要。

        研究团队采用射频磁控溅射技术（RF magnetron sputtering），这是一种可规模化且成本较低的薄膜制备方法。

        该多层结构的关键创新包括三点：

        1. 形成多晶 β-Ga₂O₃ 与 SnO₂ 混合相薄膜

        2. 引入 SiO₂ 扩散阻挡层

        3. 在表面沉积 SiO₂ 顶层作为功能筛选层

        本研究首席研究员、亚洲氧化镓联盟技术专家委员会成员 A.V. Almaev 表示：

        “SiO₂ 顶层在 300–600 °C 温度范围内起到扩散屏障作用，限制除氢以外较大原子的迁移。这使含氢分子在 SiO₂ 表面发生解离吸附，并使氢原子扩散至下方敏感层，从而显著增强对甲烷和氢气的响应。”

        该传感器有望应用于：

        ·工业设施燃烧监测

        ·火电厂废气分析

        ·内燃机优化控制

        ·极端环境安全监测

        ·高温工业过程空气质量检测

        实验表明，该传感器在循环暴露测试中表现出优异稳定性，并在长达 15 天的长期测试中保持稳定性能，仅出现轻微波动，证明其具备实际工业应用潜力。

        与已有技术相比，该传感器在 550 °C 下的性能指标（响应/恢复时间比）达到 0.79 s⁻¹，明显优于多数在类似条件和浓度下工作的金属氧化物甲烷传感器。

        同时，该器件在低至 100 ppm 甲烷浓度下仍保持良好响应能力，具有较强适用范围。

        该研究得到俄罗斯科学基金会（项目编号25-42-10017）以及圣彼得堡国立大学（项目 AAAA-A19-119082790069-6）资助。

        完整研究发表于期刊 Materials Science and Engineering B，详细描述了该新型传感器的结构、化学特性及气敏性能。完整研究可参考：10.1016/j.mseb.2026.119622。