在環境監測、醫療診斷和工業產品制造等領域，能夠對多種分析物進行選擇性檢測的高性能氣體/化學傳感器是近些年研究關注的熱點。

微納米機電系統(MEMS/NEMS)諧振器由于其痕量級檢測能力、小型化結構、批量制造工藝和低功耗等特點，在檢測物理/化學刺激(如質量定量、壓力傳感和氣體檢測)方面具有非常高的潛力，是制備具有出色選擇性和穩定性的智能低功耗微型傳感器的理想選擇。

據麥姆斯咨詢報道，近期，來自阿卜杜拉國王科技大學(KAUST)、法赫德國王石油礦產大學(KFUPM)和紐約州立大學賓漢姆頓分校(SUNY-Binghamton)的研究團隊共同合作，開發了一款基于雙重傳感模式的MEMS諧振器，可同時對濕度和氦(He)進行選擇性檢測。該研究為開發可對多種氣體/化學物質進行高選擇性分析的單個諧振器開辟了新的思路，研究成果已發表于Scientific Reports期刊。

MEMS諧振器的靈敏度很大程度上取決于諧振器的共振頻率及其質量，諧振器的不同幾何形狀會影響器件的靈敏度。縮小器件尺寸可產生更高的諧振頻率，從而提高靈敏度，但質量表面的減小會導致靈敏度降低，為此，研究人員提出了一種新的制備策略。

該MEMS諧振器由連接到懸臂梁的夾緊導向拱梁和T形可移動質量塊組成，能夠同時驅動多種不同振動模式。一種振動模式以可移動質量塊的運動為主，另一種振動模式以懸臂梁彎曲變化為主。

多模MEMS諧振器結構示意圖

研究表明，該多模MEMS諧振器可用于同時檢測濕度和和氦氣。其質量模式對相對濕度表現出強烈的響應，具有優異的選擇性，這是由于涂有氧化石墨烯(GO)的可移動質量塊具有高親水性。另一方面，其軸向驅動的拱梁可以對氦氣表現出選擇性響應，這歸因于其對周圍氣體熱電容的變化具有高靈敏度。

基于多模MEMS諧振器的氣體傳感裝置示意圖

具有不同質量表面的三個器件(D1、D2和D3)的頻率響應和傳感特性

能同時驅動多種不同振動模式的MEMS諧振器對于選擇性地檢測特定目標分析物至關重要。值得一提的是，該多模MEMS諧振器目前還無法實現對三種以上的混合氣體進行檢測。要想解決混合氣體傳感中的交叉靈敏度問題，有效的方案之一是基于數據處理或機器學習技術。

研究人員認為，該MEMS諧振器的設計與制備方法為微型便攜式電子設備以及高選擇性傳感器的發展開辟了新的領域。同時，基于其低成本、小尺寸、高靈敏度、良好線性度和低功耗等性能優勢，未來有望在物聯網和無線傳感器網絡等領域廣泛應用。

原文標題：基于雙重傳感模式的MEMS諧振器助力實現分析物的選擇性檢測

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審核編輯：湯梓紅