用于饮用水监测的AlInN/GaN异质结构传感器基础研究

饮用水安全是关系人民生活质量和生命安全的重大问题，发展可在线监测饮用水中污染物的微型传感器具有重要意义。本项目系统开展了高质量氮化物半导体异质结薄膜的生长技术、表面电荷对异质结沟道二维电子气的调控机理及影响其调控灵敏度的因素、表面功能改性及对水体中特定污染物选择性吸附特征和吸附机理等基础方面的研究。重点解决了具有超薄势垒层的AlInN/GaN异质结构材料生长、基于分子印迹技术的表面功能改性及其对特定饮用水体污染物的高度选择识别等关键科学技术问题，成功研制出了可对饮用水体中磷酸根和三氯乙酸根等有害阴离子进行识别和痕量检测的AlIn（Ga）N/GaN异质结晶体管传感器。所开发的基于分子印迹技术的超薄势垒层AlInN/GaN异质结晶体管传感器对磷酸根阴离子的检测极限达到0.02mg•L-1，远远超过了0.1mg•L-1的浮游生物生长的磷酸根阴离子限制水平，并且所研发的传感器具有优异的选择性，对其它干扰阴离子几乎没有响应，说明所发展的传感器在饮用水阴离子的在线监测领域具有较大的应用潜力。同时发展了GaN 基高灵敏度电化学传感器的检测机理和物理-化学模型，形成了一套系统的理论和方法，为GaN 基传感器的进一步实用化提供理论基础和关键问题的技术支撑。 项目成果在IEEE Electron Device Letters、Scientific Reports、Applied Physics Letters等国际著名期刊上发表SCI收录学术论文13篇；在传感器材料和器件制备方面获授权专利1项，申请专利2项；培养硕士、博士研究生9名。 2100433B

饮用水安全是关系人民生活质量和生命安全的重大问题，发展可在线监测饮用水中污染物的微型传感器具有重要意义。本申请项目拟利用AlInN/GaN异质结具有可发展超薄垒层电子器件的潜力来实现高灵敏度的微电子化学传感器，系统开展高质量超薄势垒层结构的异质结薄膜的生长技术、表面电荷对异质结沟道二维电子气的调控机理及影响其调控灵敏度的因素、表面功能改性及对水体中特定污染物选择性吸附特征、选择吸附机理等基础方面的研究。重点解决异质结沟道二维电子气对表面电荷的敏感性问题和基于分子印迹聚合物的表面功能改性及其对特定饮用水体污染物的识别问题，提高传感器对表面电荷的敏感度和对特定污染物的选择吸附能力，实现传感器对饮用水体中特定有害阴离子的痕量检测。同时，发展GaN基高灵敏度微电子化学传感器的检测机理和物理-化学模型，形成一套系统的理论和方法，为GaN基传感器的进一步实用化提供理论基础和关键问题的技术支撑。

景观异质性包括空间异质性(Spatial heterogeneity)和时间异质性(Temporal heterogeneity)，另一说为空间异质性、时间异质性和功能异质性(Functional heterogeneity，指景观的过程功能指标在空间商的变异性，如物质流、能量流、物种流等，实际上也可看作是空间异质性。)。

一般而言，景观异质性是指空间异质性，而将时间异质性用动态变化来表述，但就当前来说，已有越来越多的生态学家认识到——生态学系统的空间异质性与时间动态同等重要，时间动态与空间异质性相结合而形成的时空耦合异质性也十分重要（邱扬等，2000；傅伯杰等，2001）。2100433B

异质性是景观的一个根本属性，也是区别于其他生态学组织层次（如种群、群落和生态系统）的最显著特征（Risser et al.，1984；Wu，2013）。景观异质性的概念既可适用于生态学系统，也可适用于社会-生态耦合系统（Wu，2006）。