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檢測(cè)氣體泄漏的可穿戴傳感器
來源:浦項(xiàng)科技大學(xué)(POSTECH) 發(fā)表于 2023/4/24

工廠有毒氣體泄漏、鍋爐一氧化碳泄漏或清理井井時(shí)有毒氣體窒息等氣體事故繼續(xù)奪走生命并造成傷害。開發(fā)能夠快速檢測(cè)有毒氣體或生化物質(zhì)的傳感器仍然是公共衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測(cè)和軍事部門的一個(gè)重要問題。最近,POSTECH的一個(gè)研究小組開發(fā)了一種廉價(jià),超緊湊的可穿戴全息圖傳感器,可以立即通知用戶揮發(fā)性氣體檢測(cè)。


由機(jī)械化學(xué)工程系的Junsuk Rho教授和機(jī)械工程系的Inki Kim博士與POSTECH化學(xué)工程系的Young-Ki教授和博士候選人Won-Sik Kim領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合研究小組將超表面與氣體反應(yīng)液晶光調(diào)制器集成在一起,開發(fā)了一種傳感器,可在檢測(cè)到有害氣體時(shí)立即提供視覺全息警報(bào)。這項(xiàng)研究的結(jié)果于7年2021月<>日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。


對(duì)于那些在石化廠等危險(xiǎn)環(huán)境中工作的人來說,氣體傳感器就是生命。然而,傳統(tǒng)的氣體傳感設(shè)備由于使用復(fù)雜的機(jī)器和電子設(shè)備制造成本高而未被廣泛使用。此外,商用氣體傳感器的局限性在于它們難以使用,并且便攜性和反應(yīng)速度差。


為了解決這些問題,研究小組利用了超表面,這是一種眾所周知的未來光學(xué)設(shè)備,通過控制光的折射率使可見物體消失,從而具有隱形隱形效果。超表面特別用于通過自由控制光線來傳輸雙向全息圖或 3D 視頻圖像。


利用超表面,研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種氣體傳感器,通過使用透射光的偏振控制,可以在短短幾秒鐘內(nèi)在太空中漂浮全息圖像警報(bào),當(dāng)暴露于氣體時(shí),由于傳感器設(shè)備內(nèi)部液晶層中液晶層中液晶分子的方向變化而發(fā)生轉(zhuǎn)換。此外,與其他傳統(tǒng)的商用氣體傳感器不同,研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的這種氣體傳感器不需要外部機(jī)械或電子設(shè)備的支持。研究人員使用異丙醇作為目標(biāo)有害氣體,這種氣體被稱為有毒物質(zhì),可引起胃痛、頭痛、頭暈,甚至白血病。


新開發(fā)的傳感器被證實(shí)可以檢測(cè)到約200ppm的微量氣體。在使用板標(biāo)記(我們?nèi)粘I钪械膿]發(fā)性氣體源)的實(shí)際實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)標(biāo)記被帶到傳感器的那一刻,視覺全息警報(bào)會(huì)立即彈出。


此外,研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種一步式納米復(fù)合打印方法來生產(chǎn)這種柔性可穿戴的氣體傳感器。以前在硬基板上加工的超表面結(jié)構(gòu)旨在通過彎曲或柔性基板上的一步納米鑄造工藝實(shí)現(xiàn)快速生產(chǎn)。


當(dāng)使用這種方法制造的柔性傳感器像貼紙一樣貼在安全眼鏡上時(shí),它可以檢測(cè)氣體并顯示全息報(bào)警。預(yù)計(jì)它將與蘋果、三星、谷歌和Facebook正在開發(fā)的玻璃型AR顯示系統(tǒng)集成。


更進(jìn)一步,研究小組正在開發(fā)一種高性能環(huán)境傳感器,可以通過全息警報(bào)顯示周圍氣體或生化物質(zhì)的類型和濃度水平,并且正在研究可以編碼各種全息圖像的光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)。如果這些研究成功,它們可用于減少由生化或氣體泄漏引起的事故。


“這種新開發(fā)的超緊湊型可穿戴氣體傳感器提供了比傳統(tǒng)聽覺或簡單光警報(bào)更直觀的全息視覺警報(bào),”Junsuk Rho教授說。“預(yù)計(jì)它在聲學(xué)和視覺噪音強(qiáng)烈的更極端的工作環(huán)境中特別有效。


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