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科学家创造了3D打印的微型气体传感器:画家的托盘上没有任何色素

发布时间:2021-09-22 22:00:52

SFI先进材料和生物工程研究中心Trinity和AMBER的科学家发现了一种利用新材料和高分辨率3D打印制作微小变色气体传感器的方法。

传感器响应灵敏,印刷,微观光学结构可以实时监测,并用于检测空气中的溶剂蒸汽。这些传感器有很大的潜力用于连接的、低成本的家用设备,或者集成在用于监测人类健康的可穿戴设备中。

大多数人一生的大部分时间都在家里、汽车里或工作环境中度过,因此,比如,廉价准确地监测污染物水平的能力,可能会在健康和福利环境中改变游戏规则。

这项工作由三一大学化学学院助理教授、琥珀大学首席研究员拉里萨·弗洛雷亚(Larisa Florea)与三一大学物理学院教授路易斯·布拉德利(Louise Bradley)共同领导,并在三一大学自适应纳米结构和纳米器件研究中心克兰(CRANN)进行。来自纽约Niskayuna GE Research的工业合作者和气体传感领域的领导者Radislav Potyrailo博士也参与了整个过程。

该研究小组的研究结果刚刚作为特刊的一部分发表在《材料化学杂志》上,该特刊展示了弗洛里亚教授作为新兴研究者的工作。

该杂志文章的主要作者、三一化学学院的Colm Delaney博士以及AMBER的研究员说:

“300多年前,罗伯特·胡克(Robert Hooke)首先研究了孔雀翅膀上的鲜艳色彩。几个世纪后,科学家才发现,孔雀翅膀上的鲜艳色彩不是由传统颜料引起的,而是由光线与羽毛上的微小物体相互作用引起的,这些物体的大小只有几百万分之一米。

“我们采用了这种从喜鹊到变色龙的生物设计,来制造一些真正令人兴奋的材料。我们通过使用一种被称为直接激光写入(DLW)的技术来实现这一点,这种技术允许我们将激光聚焦到一个非常小的点上,然后使用它从我们在实验室开发的软聚合物中制作三维微小结构。”

该项目的合作者、Trinity的光子学教授、AMBER的资助研究员Louise Bradley补充道:

“我们在这两个小组之间进行的研究集中于刺激响应材料中这些微小结构的设计、建模和制造。钱静,一位了不起的博士。我实验室的学生花了很多时间开发设计,并预测不同结构的响应,我们可以对光、热和湿度做出响应,从而创造出能够真实再现自然界中的生动、隐形响应和伪装能力的系统。这些比雀斑还小的微小响应阵列可以告诉我们大量有关其环境化学的信息。”

为什么微型彩色传感器很有用?虽然传统的物理传感器支持了互联生活市场,但可以使用的低成本、适应性强的化学传感平台存在滞后。

光子传感器已经取得了相当大的进展,以最小的功耗、较低的运行成本和较高的灵敏度,生产出准确、可靠的替代品。这是Potyrailo博士和GE Research多年来一直致力于商业化的领域。

来自三一大学化学与琥珀学院的拉里萨·弗洛雷亚教授说:

“我们已经创造了可实时监测并用于气体检测的响应性、印刷的微观光学结构。印刷这种光学响应材料的能力对于将其纳入家庭连接的低成本传感设备或用于监测分析物的可穿戴设备具有深远的潜力.

“我们大部分时间都在家里、汽车里或工作环境中度过。模型表明,污染物的浓度可能是室外浓度的5-100倍。当我们认为世界卫生组织表明世界上90%的人口生活在超过可接受的空气标准限制的地区时,这是一个令人费解的想法。这些污染物会受到环境空气、化学物质、香味、食品质量和人类活动的影响,并对我们的健康产生深远影响。

到目前为止,室内气体传感器几乎只专注于泄漏、烟雾和二氧化碳检测。甚至是反复的进步,包括相对湿度、氧气水平、二氧化碳、挥发性有机碳(VOCs),实时氨气可以在国内环境监测生态系统的发展中发挥巨大作用。这可以确保健康和福祉监测成为未来家庭建筑和自动化的核心。”

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