金屬氧化物及其與其它材料（如MXenes和金屬硫族化合物）的復合材料，可以利用它們暴露于目標氣體或蒸汽中所產生的電阻或電壓變化，來實現不同氣體或蒸汽的檢測，例如NO2、H2S、CO、C2H5OH、苯、甲苯和甲醛等。這些電阻或電壓變化可以轉換為傳感信號，如果需要，還可以將這些信號由模擬信號轉換為數字信號以進一步處理。

金屬氧化物氣體傳感器憑借低價格和高性能，可以集成在車輛、智能電子設備、呼氣分析設備以及物聯網（IoT）設備中。然后利用數據通信來傳輸電壓等物理變化，從而獲取傳感器的輸出數據。無線數據傳輸縮小了測量設備的尺寸，使其更便攜。

近年來，利用無線通信平臺，為基于氣體傳感器的系統提供了許多功能，包括高速數據傳輸、遠程設備控制以及防止事故發生的措施等。在此背景下，開發具有無線通信能力的高靈敏度、高可靠且低成本的氣體傳感器至關重要。

乙醇（C2H5OH）在各行各業被廣泛用作溶劑，例如食品、石化、醫療以及燃料行業等。它還被用于制作酒精飲料和消毒劑。因此，開發乙醇氣體傳感技術對于汽車行業、食品生產、原油產品等應用具有重要意義。

導致道路交通事故的因素有很多，例如疲勞駕駛和超速等等，其中，酒后駕駛是主要因素之一是。金屬氧化物氣體傳感器可以檢測乙醇氣體。因此，其可以用于汽車駕駛員的呼氣分析，以確保駕駛員的身體狀態和警覺性。

氧化銅（CuO）是一種具有成本效益的p型材料，由于其優異的電學性能和長期穩定性，已成為電子器件和生物相容性器件的理想選擇。此前，原始或復合形式的CuO已被用于乙醇氣體的檢測。

然而，這種材料作為氣體傳感器，特別是在原始形式下，其選擇性低、工作溫度高，且對低濃度的不同氣體不敏感。這些問題可以通過將其它材料與CuO結合使用來解決。

例如，此前有研究將碳化鈦-氧化銅（Ti3C2Tx-CuO）復合材料用作NH3傳感器。特別是，摻雜其它金屬也可以提高金屬氧化物的整體性能。n型SnO2是傳感器研究中最有前途的材料之一，它與其它金屬氧化物的結合可以實現更靈敏的氣體傳感器。

據麥姆斯咨詢報道，伊朗設拉子科技大學（Shiraz University of Technology）的研究人員在CuO納米結構中采用Sn摻雜來大幅增強氣體傳感器的氣敏性能。基于這種Sn摻雜CuO納米結構，他們制造了一種具有快速響應能力和恢復時間的車載無線駕駛員呼氣乙醇檢測（IDBAD）系統。該研究成果已發表于近期的Scientific Reports期刊。

這種氣體傳感器可以產生一個確定駕駛員呼氣中乙醇濃度的信號，然后和車輛位置信息一起無線發送到智能手機，如果檢測結果超標，可以阻止車輛啟動。在暴露于100 ppm乙醇氣體中時，這款氣體傳感器的響應為48 Vg/Va，響應時間和恢復時間分別為14 s和21 s。

基于該氣體傳感器，研究人員進一步開發了一款功耗為1.6 Wh的氣體傳感系統，由于該系統通過汽車電池供電，因此可以長期處于待機模式。此外，即使在30天后，該系統仍能保持97%的初始響應，展示了其長期穩定性。

基于Sn摻雜CuO納米結構的乙醇傳感機制

氣體傳感系統設計

安裝在車輛內部的車載無線駕駛員呼氣乙醇檢測（IDBAD）系統及其連接示意圖

總結來說，研究人員展示了一種基于Sn摻雜CuO納米結構的IDBAD氣體傳感系統，具有實時發送位置的功能。所提出的傳感器對乙醇暴露高度敏感，且能夠很方便地集成到車輛中用于駕駛員呼氣的乙醇檢測。當傳感器檢測到乙醇時，其通信系統能夠無線發送車輛位置，并在需要時停止車輛。

這種IDBAD系統顯示出非常快的響應時間和恢復時間，以及對乙醇氣體的良好選擇性。該系統通過車輛電池為氣體傳感器供電，而且，由于氣體傳感器的工作溫度相對較低，因此不用擔心IDBAD系統的能耗問題。研究人員在實際應用場景中成功試驗了該系統，因此，該系統有望在很多車輛中獲得實際應用。

審核編輯：劉清