国内联合团队研发新型传感器，让痕量臭氧监测更精准高效

近日，中国科学院安徽光机所孟钢研究员团队，联合山西大学卢华东教授、安徽大学郭庆川教授团队，在臭氧监测仪器核心器件研发上取得关键性突破。科研人员以常规氧化铟锡（ITO）玻璃为基体，将飞秒激光刻蚀与等离子体刻蚀工艺相结合，成功造出一款基于图形化ITO膜的微型臭氧（O₃）传感器，能精准、快速且稳定地监测到ppb级（十亿分之一）的痕量臭氧。相关研究成果已正式发表在材料科学领域国际顶尖期刊《纳米快报》（Nano Letters）上，充分展现了我国在微型气体传感器领域的自主创新能力。

行业痛点突出，痕量臭氧监测盼技术突破

近地面臭氧污染是当前大气监测的重点，其精准防控一直以来都是环保与仪器领域关注的核心课题。其中，ppb级痕量臭氧的高效监测，更是检验臭氧监测仪器性能的关键，直接影响着大气污染防控决策的科学性和准确性。

目前，传统金属氧化物半导体（MOS）臭氧传感器虽已广泛应用于各类环境监测场景，但始终存在三大短板：一是需要外部加热，这容易导致传感器周边的臭氧分子分解，进而影响监测数据的准确性；二是对环境湿度特别敏感，很容易出现监测偏差，适配不同环境的能力不足；三是晶圆级量产时，性能一致性较差，难以满足室内外规模化、网格化监测的实际工程应用需求。这些问题，一直阻碍着臭氧监测仪器向小型化、精准化、规模化方向发展。

创新破局，“自上而下”工艺造出高性能微型传感器

针对这些行业难题，联合科研团队创新提出“自上而下”的自加热ITO传感器制造思路，打造出一套既保证性能、又便于量产的核心技术方案，成功解决了传统传感器的诸多不足。

据团队介绍，这款传感器的研发，始终围绕“工艺简易、性能优良、体型小巧”的核心目标，全程采用市面上容易获取的ITO玻璃作为基底，不需要进行复杂的材料改性预处理，大大降低了研发和量产成本。具体来说，科研人员通过飞秒激光刻蚀工艺，精准做出蛇形电极结构，既保证了电极的良好导电性，又最大程度实现了传感器的微型化；之后，采用氩氢（Ar/H₂）等离子体刻蚀技术，将平滑的ITO膜表面处理得粗糙，从而有效提高臭氧分子的吸附能力和电荷交换效率，从核心结构上提升了传感器的响应性能；最后通过激光切片，制成了尺寸仅为1.4×2.1×0.3mm³的微型臭氧传感器，成功实现了“高性能+微型化”的双重突破，能很好地适配便携式、嵌入式监测设备的集成使用。

性能出众，无需外加热且监测精度达国际先进水平

这款新型ITO臭氧传感器，凭借独特的自加热设计，监测性能得到了大幅提升。和传统传感器需要依赖外部加热不同，它可以通过自加热，将敏感区的局部温度精准控制在180℃，有效避免了传感器周边臭氧分子的分解消耗，从根源上保证了监测数据的准确。

经过实际测试验证，这款传感器不仅对臭氧具有很强的选择性，受环境湿度的干扰也比较小，能够准确监测20–1000ppb范围内的臭氧浓度，与国际“金标准”紫外吸收法分析仪的相关性达到93.6%，监测精度达到国际先进水平。同时，它的制备工艺简单易行，能够轻松实现晶圆级批量生产，而且传感器的性能一致性很好，完全能够满足室内外臭氧大气污染网格化精细监测的实际需求。

成果价值显著，助力仪器升级、赋能环保监测

此次新型ITO基臭氧传感器的成功研发，不仅填补了国内相关领域的技术空白，更为我国臭氧监测仪器的升级换代提供了核心技术支持，对推动我国环境监测仪器产业高质量发展有着重要意义。

这项成果落地应用后，将进一步降低ppb级臭氧监测仪器的研发和生产成本，推动痕量臭氧监测设备向小型化、便携式、规模化方向发展，让精准、高效的臭氧监测覆盖更多场景，为大气污染防控、生态环境治理提供更有力的技术支持。据悉，刊载该成果的《纳米快报》由American Chemical Society出版社主办，主要聚焦材料科学及相关交叉学科，最新影响因子达9.6，是全 球材料科学领域极具影响力的Q1区期刊，能在该期刊发表的成果，均代表着该领域的前沿研究水平。