石英晶体微天平（QCM）是一种基于石英晶体谐振旨趣的高性能传感器件（如图1），主要用于测量特殊轻微质地变化。该传感器特征量的变化不依赖于明锐材料的电性能相反，而只取决于娇傲材料的吸附武艺。金属有机框架（MOF）/共价有机框架（COF）四肢一种功能材料，具有私有的物理和化学性质七天探花 白虎，随机大齐拿获和吸附气体。因此，基于MOF/COF的QCM气体传感器在二氧化碳（CO₂）气体传感中具有广博的应用远景。

图1 石英晶体微天平（QCM）的使命旨趣和本质安装

据麦姆斯盘问报说念，近日，吉林大学的磋议团队纪念了CO₂气体传感器的磋议近况以及现时存在的问题和挑战。针对气体传感器的中枢“4S”脾性，即理智度、选拔性、响应速率和持重性，建议了不同的纠正策略。并为基于MOF/COF的QCM CO₂气体传感器的异日发展提供一些念念路和建议。该综述以“An Overview: A Design Strategy for Dioxide Carbon QCM Gas Sensor Based on MOFs or COFs”为题发表在Advanced Sensor Research期刊上。

CO₂气体传感器的磋议近况

CO₂气体化学性质持重，属于惰性气体，这极地面限度了其检测技能，举例金属氧化物半导体气体传感器、催化消灭气体传感器、光致电离气体传感器等均不稳妥检测CO₂。当今用于检测CO₂气体的传感器主要有红外光谱传感器、固体电解质传感器以及电化学气体传感器。

基于光谱的CO₂气体传感时间通过从检测到的光学特征中索求有用信息而备受宥恕（如图2a）。固体电解质CO₂传感器是一种化学电板，其中使用离子导体四肢电解质（如图2b）。笔据测试信号的类型七天探花 白虎，电化学CO₂传感器还可分为电位型（如图2c）、电容型和电流型。这三种传感器均有其优点头陀未处置的问题。

图2 光学气体传感旨趣、含氧气体的固体电解质传感器的基本使命旨趣以及电位型气体传感器的传感旨趣

质地明锐型CO₂气体传感器的上风

质地明锐型CO₂传感器是一种其信号与该器件传感元件名义吸附的分析物CO₂气体的质地成正比的安装。当蒸汽-气体羼杂物接近该名义时，气体分子便会被吸附。传感器的分析信号主要由其静态鬈曲或其声学脾性变化所引起。在前一种情况下，该安装被称为微悬臂梁传感器（如图3b）；后一种情况对应两种传感器：QCM传感器（如图3c）和申明义波（SAW）传感器（如图3a）。这类传感器的权贵脾性是当明锐材料吸附CO₂气体时，传感器特征量的变化仅与吸附CO₂气体质地辩论，而与明锐材料电性能相反无关。因此，这类传感器往往可在室温使命。

图3 三种质地明锐型CO₂传感器

CO₂气体传感器的蓄意圭表

与室温兼容的CO₂传感器在很多应用中发扬着至关宏大的作用，举例食物工业的经由抑制、室表里空气质地抑制以及生物时间的监控。具体来说，开导低功耗、高理智度、高选拔性、高抗侵略的CO₂气体传感器可分为两个主要设施：（1）传感器件的开导；（2）新式传感材料的探索和制备。

在上述三种质地明锐型气体传感器中，QCM气体传感器用有检测精度高、元件尺寸小、外围电路蓄意约略等优点，是应用最等闲的气体传感器。具有多孔结构和大比名义积的材料（如MOF/COF材料）是QCM传感层的设想候选材料，因为这类材料无需外部激活（即加热器或发光二极管）即可高效拿获CO₂。

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气体传感器的中枢“4S”脾性（即理智度、选拔性、响应/收复速率和持重性），在材料的蓄意和制备中必须详细考量。磋议东说念主员操办了不错有用地擢升MOF/COF材料的CO₂传理性能的策略（如图4）：（1）提高传感器理智度，包括优化金属位点（灵通金属位点和掺杂外来金属）和退换有机配体（非配位N原子和胺官能团）。（2）退换合适的孔径/窗口来拿获CO₂，从而增强传感器选拔性。（3）通过退换材料的吸附焓来改善响应/收复时候，同期哄骗光和磁等援救圭表。（4）提高MOF在湿气环境中的持重性，以确保传感器不受湿度变化而影响性能。

图4 MOF/COF四肢气体明锐材料的蓄意权术

要而论之，QCM具有资本低、尺寸小、易于集成等上风，是当今应用最等闲的质地明锐型气体传感器。MOF/COF材料凭借其极高的比名义积、较宽的使命温度鸿沟（与骨子应用关系）以及结构与化学的可调性，在CO₂吸附方面展现出巨大后劲。基于MOF/COF的QCM传感器有望同期孤高大气环境CO₂检测的需求：低功耗、高理智度、高选拔性和高抗侵略性。但是七天探花 白虎，尽管基于MOF/COF的QCM传感器在室温下具有优异的CO₂传理性能，但在骨子应用前仍靠近诸多挑战。MOF/COF材料仅具备高效气体拿获武艺是不够的，关于气体传感器来说，这仅反应了其吸附武艺；气体传感器的中枢“4S”脾性（即理智度、选拔性、响应速率和持重性）必须在材料蓄意时详细考量。