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基于MPA-GSH功能化AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的镉离子检测传感器

DOI：10.1109/JSEN.2019.2891511 期刊：IEEE Sensors Journal 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要： 该研究展示了一种基于氮化铝镓/氮化镓高电子迁移率晶体管（HEMT）的新型镉离子（Cd2?）传感器，其表面修饰了巯基丙酸（MPA）和谷胱甘肽（GSH）。通过检测不同浓度的Cd2?离子，分析了该传感器的响应特性。该AlGaN/GaN HEMT传感器表现出优异的响应性能：灵敏度达0.241微安/十亿分之一（μA/ppb），响应时间快至约3秒，最低检测限低至0.255 ppb。所观测到的最低检测限显著低于世界卫生组织（WHO）规定的饮用水中Cd2?离子推荐限值。此外，该传感器对其他重金属离子展现出良好的Cd2?选择性。结果表明，谷胱甘肽与镉的结合特性以及二维电子气（2DEG）对栅极区域电荷变化的敏感性，使该器件能快速检测Cd2?离子并具有极高灵敏度。
作者： Adarsh Nigam，Thirumaleshwara N. Bhat，Vijendra Singh Bhati，Surani Bin Dolmanan，Sudhiranjan Tripathy，Mahesh Kumar
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

开发一种基于AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）的高灵敏度、高选择性镉离子（Cd2+）水溶液传感器，通过巯基丙酸（MPA）和谷胱甘肽（GSH）功能化修饰，实现快速响应、低检测限及恶劣环境适用性。

研究成果

MPA-GSH功能化的AlGaN/GaN HEMT传感器成功实现了对Cd2+离子的高灵敏度检测（0.241 μA/ppb），响应时间快（约3秒），检测限低（0.255 ppb），低于世界卫生组织标准。该传感器具有良好的选择性，尽管某些金属存在轻微干扰。该传感器有望在各种环境中实现实时、高效的检测，未来工作可扩展至其他重金属离子。

研究不足

该传感器因Cu2+、Hg2+和Pb2+离子对功能化层具有亲和力而显示出一定干扰。检测性能可能随pH值变化，在pH 7时灵敏度最佳。本研究仅限于实验室条件，实际环境应用可能需要进一步验证。

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