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），主要用于测量十分轻微质地变化。该传感器特征量的变化不依赖于明锐材料的电性能互异，而只取决于败露材料的吸附才智。金属有机框架（MOF）/共价有机框架（COF）行动一种功能材料，具有独到的物理和化学性质，粗略无数拿获和吸附气体。因此黑丝足交，基于MOF/COF的QCM气体传感器在二氧化碳（CO₂）气体传感中具有无边的应用远景。

图1 石英晶体微天平（QCM）的使命旨趣和履行安设

据麦姆斯筹商报说念，近日，吉林大学的考虑团队回归了CO₂气体传感器的考虑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”本性，即奢睿度、遴荐性、响应速率和沉稳性，提议了不同的改进策略。并为基于MOF/COF的QCM CO₂气体传感器的翌日发展提供一些想路和建议。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气体传感器的考虑近况

CO₂气体化学性质沉稳，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、催化毁灭气体传感器、光致电离气体传感器等均不适合检测CO₂。现在用于检测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取有用信息而备受存眷（如图2a）。固体电解质CO₂传感器是一种化学电板，其中使用离子导体行动电解质（如图2b）。左证测试信号的类型黑丝足交，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梵衲未管制的问题。

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设。当蒸汽-气体夹杂物接近该名义时，气体分子便会被吸附。传感器的分析信号主要由其静态曲折或其声学本性变化所引起。在前一种情况下，该安设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）。这类传感器的显赫特质是当明锐材料吸附CO₂气体时，传感器特征量的变化仅与吸附CO₂气体质地推敲，而与明锐材料电性能互异无关。因此，这类传感器频频可在室温使命。

图3 三种质地明锐型CO₂传感器

CO₂气体传感器的盘算推算行为

与室温兼容的CO₂传感器在很多应用中发扬着至关紧迫的作用，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，成就低功耗、高奢睿度、高遴荐性、高抗干与的CO₂气体传感器可分为两个主要设施：（1）传感器件的成就；（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气体传感工具有检测精度高、元件尺寸小、外围电路盘算推算精真金不怕火等优点，是应用最庸俗的气体传感器。具有多孔结构和大比名义积的材料（如MOF/COF材料）是QCM传感层的想象候选材料，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。

气体传感器的中枢“4S”本性（即奢睿度、遴荐性、响应/规复速率和沉稳性），在材料的盘算推算和制备中必须概述考量。考虑东说念主员筹商了不错有用地晋升MOF/COF材料的CO₂传理性能的策略（如图4）：（1）提高传感器奢睿度，包括优化金属位点（绽放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，从而增强传感器遴荐性。（3）通过退换材料的吸附焓来改善响应/规复时期，同期欺诈光和磁等援助行为。（4）提高MOF在湿气环境中的沉稳性，以确保传感器不受湿度变化而影响性能。

图4 MOF/COF行动气体明锐材料的设策略略

要而论之，QCM具有老本低、尺寸小、易于集成等上风，是现在应用最庸俗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、较宽的使命温度限制（与本色应用关联）以及结构与化学的可调性，在CO₂吸附方面展现出雄壮后劲。基于MOF/COF的QCM传感器有望同期得志大气环境CO₂检测的需求：低功耗、高奢睿度、高遴荐性和高抗干与性。然则，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，但在本色应用前仍濒临诸多挑战。MOF/COF材料仅具备高效气体拿获才智是不够的，关于气体传感器来说黑丝足交，这仅反应了其吸附才智；气体传感器的中枢“4S”本性（即奢睿度、遴荐性、响应速率和沉稳性）必须在材料盘算推算时概述考量。