近日，韓國科學技術院（KAIST）攜手高麗大學、韓國基礎科學研究院及中央大學的研究團隊宣布，開發(fā)出一種新型光激活化學電阻式氣體傳感技術，將導電型金屬有機框架材料（conductive Metal–Organic Framework（cMOF）)與Micro LED結合，成功實現(xiàn)了在室溫下進行高靈敏度、低功耗的氣體檢測。

研究團隊表示，這項最新成果為新一代智能“電子鼻”（e-nose）傳感系統(tǒng)奠定了基礎。相關研究成果已在學術期刊《Nature》上發(fā)表。

超低功耗Micro LED氣體傳感器上方集成二維導電型金屬有機框架（cMOF）層的結構，該裝置同時可作為氣體傳感器和電子鼻（e-nose）使用。(圖片來源：Nature)

研究人員指出，導電型金屬有機框架（cMOF）因其結構多樣、孔隙豐富、化學性質(zhì)可調(diào)及具備室溫導電性，被視為理想的化學電阻材料。然而，傳統(tǒng)cMOF氣體傳感器在靈敏度和可逆性方面仍存在限制。

針對上述難題，研究團隊采用逐層沉積（Layer-by-Layer）技術，將cMOF薄膜均勻沉積在Micro LED基板上，從而精確控制薄膜的厚度與結構。這種方法不僅改善了氣體吸附與反應效率，還使傳感器能夠在光照作用下實現(xiàn)快速、可逆的響應。

研究中使用了三種不同金屬（銅、鎳、鈷）構成的M?HHTP?型cMOF。其中，Cu?HHTP?因其穩(wěn)定的導電性被用作主要感測層，而Ni?HHTP?和Co?HHTP?則作為催化層疊加在上方，以增強對特定氣體（如乙醇、三甲胺、氨氣和二氧化氮）的反應特性。這種多層結構經(jīng)過精細優(yōu)化，使傳感器在不同氣體環(huán)境中展現(xiàn)出可調(diào)的靈敏度與選擇性。

與此同時，研究團隊利用不同波長與強度的Micro LED光源進行光激活測試。藍光（455 nm）與紫外光（395 nm）被證實能有效激發(fā)cMOF內(nèi)部的電荷轉移過程，產(chǎn)生電子-空穴對，從而提升氣體反應速率與檢測靈敏度。整個傳感系統(tǒng)的功耗僅為587微瓦，遠低于傳統(tǒng)氣體傳感器的能耗水平。

cMOF 氣體傳感器集成在Micro LED平臺上（圖片來源：Nature）

此外，值得注意的是，研究人員還結合深度學習算法，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡（CNN）對傳感器陣列的實時響應信號進行模式識別與分類分析。系統(tǒng)能夠在數(shù)十秒內(nèi)識別不同氣體，濃度預測準確率高達99.8%。這種將人工智能與光激活cMOF-μLED陣列相結合的方法，大幅提升了傳感系統(tǒng)的精度與響應速度。

研究團隊表示，該研究展示了cMOF與Micro LED融合的可行性，不僅為實現(xiàn)高性能、低功耗、多氣體識別的智能傳感器提供了新路徑，也為未來環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)安全及醫(yī)學檢測領域的氣體感測技術開辟了新的發(fā)展方向。

https://www.nature.com/articles/s41467-025-64602-9

LEDinside整理

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