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美国宾州大学研发新型“电子鼻”
时间:2022-07-18 14:45:00            字体[       ] [ 打印 ]
  据Mining.com网站报道,宾夕法尼亚州立大学的科研人员开发了一种新型环境传感器,向同时嗅出能够指示疾病或污染的多种气体更迈进了一步。这种特征在许多行业可以挽救生命,包括矿业。

  在发表于美国化学会应用材料与界面(ACS Applied Materials & Interfaces)的论文中,研究人员解释称,他们研制的微型气体传感器充分融合了激光写入和响应式传感器技术,可随意定制。

  “气体探测对于多个应用领域至关重要,包括污染监控、公共安全保障和个人健康护理”,本项研究者之一的程寰宇(Larry)在媒体声明中称。

  “为满足这些需求,传感器必须体积小、重量轻、价格便宜且易于使用,并适用于各种环境和基材,例如服装或管道”

  程寰宇认为,挑战在于如何发明具有特殊性质的设备,其性能可以满足对不同目标气体同时进行精准探测的基础设施需求。


  引入激光


  为解决这个问题,此项研究合作者劳伦·扎扎尔(Lauren Zarzar)开发了激光诱导热体素工艺。此工艺可以同时创建金属氧化物并将其直接集成到传感器平台中。 金属氧化物是能够与各种化合物发生反应进而触发传感机制的材料。

  通过激光写入,研究人员将金属盐溶解在水中,然后将激光聚焦在溶液上。高温分解溶液,留下可烧结到传感器平台上的金属氧化物纳米粒子。

  该工艺简化了以前的方法,过去要得到预想的样式需要预制一个掩模。任何更改或调整都需要创建一个新的掩模——费时又费钱。

  扎扎尔表示,激光书写“无需掩模”,结合激光诱导热体素工艺,能够快速对多种设计和材料进行反复修改和试验,以找到最有效的组合。


  定制模板


  本文共同作者亚历山大·卡斯顿圭(Alexander Castonguay)认为,“精致形状或者如何让传感器摆布起来像个鼻子而且能够同时准确探测到多种气体,也是制造‘电子鼻’不可或缺的部分”。

  “这种精确的探测需要在最薄的尺度上对不同材料进行非常近距离的图案化。很少有图案化技术能够做到这一点,但本研究中详述的方法确实能够做到这一点。我们计划使用这里描述的技术和材料来开发电子鼻原型”。

  研究人员对目前探测器使用的5种不同的金属和金属组合进行了测试。据卡斯顿圭透露,不同金属氧化物的接触点,即所谓的异质结(Heterojunction)在两种材料的接触界面产生了一种独特的环境,提高了气体探测仪的响应能力。

  该团队发现,铜氧化物和锌氧化物的异质结对乙醇、丙酮、二氧化氮、氨和硫化氢等被探测气体的响应能力比氧化铜高出5-20倍。

  卡斯通圭称,“这一发现验证了科学文献中的其他报道,即混合氧化物系统可以使得传感器响应能力显著提升,并且证实激光诱导热体素技术在混合氧化物气体传感器制造中的有效性”。

  “我们希望将扎扎尔团队的激光书写技术与程寰宇团队的可穿戴传感器专业技术相结合,提高研发新的可定制传感器的能力”。
 

 

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