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- 檢測氣體泄漏的可穿戴傳感器
- 來源：浦項科技大學(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)測和軍事部門的一個重要問題。最近，POSTECH的一個研究小組開發(fā)了一種廉價，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。
由機械化學(xué)工程系的Junsuk Rho教授和機械工程系的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，可在檢測到有害氣體時立即提供視覺全息警報。這項研究的結(jié)果于7年2021月<>日發(fā)表在《科學(xué)進展》上。
對于那些在石化廠等危險環(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，研究團隊開發(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，當(dāng)暴露于氣體時，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，研究團隊開發(fā)的這種氣體傳感器不需要外部機械或電子設(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)的傳感器被證實可以檢測到約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）的實際實驗中，當(dāng)標(biāo)記被帶到傳感器的那一刻，視覺全息警報會立即彈出。
此外，研究團隊開發(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，它可以檢測氣體并顯示全息報警。預(yù)計它將與蘋果、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)聽覺或簡單光警報更直觀的全息視覺警報，”Junsuk Rho教授說。“預(yù)計它在聲學(xué)和視覺噪音強烈的更極端的工作環(huán)境中特別有效。
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