用于飲用水監(jiān)測(cè)的AlInN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)傳感器基礎(chǔ)研究項(xiàng)目摘要

飲用水安全是關(guān)系人民生活質(zhì)量和生命安全的重大問(wèn)題，發(fā)展可在線監(jiān)測(cè)飲用水中污染物的微型傳感器具有重要意義。本申請(qǐng)項(xiàng)目擬利用AlInN/GaN異質(zhì)結(jié)具有可發(fā)展超薄壘層電子器件的潛力來(lái)實(shí)現(xiàn)高靈敏度的微電子化學(xué)傳感器，系統(tǒng)開(kāi)展高質(zhì)量超薄勢(shì)壘層結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)薄膜的生長(zhǎng)技術(shù)、表面電荷對(duì)異質(zhì)結(jié)溝道二維電子氣的調(diào)控機(jī)理及影響其調(diào)控靈敏度的因素、表面功能改性及對(duì)水體中特定污染物選擇性吸附特征、選擇吸附機(jī)理等基礎(chǔ)方面的研究。重點(diǎn)解決異質(zhì)結(jié)溝道二維電子氣對(duì)表面電荷的敏感性問(wèn)題和基于分子印跡聚合物的表面功能改性及其對(duì)特定飲用水體污染物的識(shí)別問(wèn)題，提高傳感器對(duì)表面電荷的敏感度和對(duì)特定污染物的選擇吸附能力，實(shí)現(xiàn)傳感器對(duì)飲用水體中特定有害陰離子的痕量檢測(cè)。同時(shí)，發(fā)展GaN基高靈敏度微電子化學(xué)傳感器的檢測(cè)機(jī)理和物理-化學(xué)模型，形成一套系統(tǒng)的理論和方法，為GaN基傳感器的進(jìn)一步實(shí)用化提供理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵問(wèn)題的技術(shù)支撐。

飲用水安全是關(guān)系人民生活質(zhì)量和生命安全的重大問(wèn)題，發(fā)展可在線監(jiān)測(cè)飲用水中污染物的微型傳感器具有重要意義。本項(xiàng)目系統(tǒng)開(kāi)展了高質(zhì)量氮化物半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)薄膜的生長(zhǎng)技術(shù)、表面電荷對(duì)異質(zhì)結(jié)溝道二維電子氣的調(diào)控機(jī)理及影響其調(diào)控靈敏度的因素、表面功能改性及對(duì)水體中特定污染物選擇性吸附特征和吸附機(jī)理等基礎(chǔ)方面的研究。重點(diǎn)解決了具有超薄勢(shì)壘層的AlInN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料生長(zhǎng)、基于分子印跡技術(shù)的表面功能改性及其對(duì)特定飲用水體污染物的高度選擇識(shí)別等關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，成功研制出了可對(duì)飲用水體中磷酸根和三氯乙酸根等有害陰離子進(jìn)行識(shí)別和痕量檢測(cè)的AlIn（Ga）N/GaN異質(zhì)結(jié)晶體管傳感器。所開(kāi)發(fā)的基于分子印跡技術(shù)的超薄勢(shì)壘層AlInN/GaN異質(zhì)結(jié)晶體管傳感器對(duì)磷酸根陰離子的檢測(cè)極限達(dá)到0.02mg?L-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了0.1mg?L-1的浮游生物生長(zhǎng)的磷酸根陰離子限制水平，并且所研發(fā)的傳感器具有優(yōu)異的選擇性，對(duì)其它干擾陰離子幾乎沒(méi)有響應(yīng)，說(shuō)明所發(fā)展的傳感器在飲用水陰離子的在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力。同時(shí)發(fā)展了GaN 基高靈敏度電化學(xué)傳感器的檢測(cè)機(jī)理和物理-化學(xué)模型，形成了一套系統(tǒng)的理論和方法，為GaN 基傳感器的進(jìn)一步實(shí)用化提供理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵問(wèn)題的技術(shù)支撐。 項(xiàng)目成果在IEEE Electron Device Letters、Scientific Reports、Applied Physics Letters等國(guó)際著名期刊上發(fā)表SCI收錄學(xué)術(shù)論文13篇；在傳感器材料和器件制備方面獲授權(quán)專(zhuān)利1項(xiàng)，申請(qǐng)專(zhuān)利2項(xiàng)；培養(yǎng)碩士、博士研究生9名。 2100433B

景觀異質(zhì)性包括空間異質(zhì)性(Spatial heterogeneity)和時(shí)間異質(zhì)性(Temporal heterogeneity)，另一說(shuō)為空間異質(zhì)性、時(shí)間異質(zhì)性和功能異質(zhì)性(Functional heterogeneity，指景觀的過(guò)程功能指標(biāo)在空間商的變異性，如物質(zhì)流、能量流、物種流等，實(shí)際上也可看作是空間異質(zhì)性。)。

一般而言，景觀異質(zhì)性是指空間異質(zhì)性，而將時(shí)間異質(zhì)性用動(dòng)態(tài)變化來(lái)表述，但就當(dāng)前來(lái)說(shuō)，已有越來(lái)越多的生態(tài)學(xué)家認(rèn)識(shí)到——生態(tài)學(xué)系統(tǒng)的空間異質(zhì)性與時(shí)間動(dòng)態(tài)同等重要，時(shí)間動(dòng)態(tài)與空間異質(zhì)性相結(jié)合而形成的時(shí)空耦合異質(zhì)性也十分重要（邱揚(yáng)等，2000；傅伯杰等，2001）。2100433B

異質(zhì)性是景觀的一個(gè)根本屬性，也是區(qū)別于其他生態(tài)學(xué)組織層次（如種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)）的最顯著特征（Risser et al.，1984；Wu，2013）。景觀異質(zhì)性的概念既可適用于生態(tài)學(xué)系統(tǒng)，也可適用于社會(huì)-生態(tài)耦合系統(tǒng)（Wu，2006）。