制造過程中激光誘導(dǎo)的石墨烯泡沫氣體傳感器的圖形表示。光線代表激光，它將納米材料刻在石墨烯泡沫基板上，用于檢測(cè)空氣和汗液中的氣體。來(lái)源：程氏集團(tuán)

當(dāng)用作可穿戴醫(yī)療設(shè)備時(shí)，彈性、靈活的氣體傳感器可以通過檢測(cè)呼吸或汗液中的氧氣或二氧化碳水平來(lái)識(shí)別健康狀況或問題。它們還可用于通過檢測(cè)氣體、生物分子和化學(xué)物質(zhì)來(lái)監(jiān)測(cè)室內(nèi)或室外環(huán)境中的空氣質(zhì)量。但是制造使用納米材料制造的設(shè)備可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。

賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員通過原位激光輔助制造方法改進(jìn)了他們的氣體傳感器制造工藝，改進(jìn)了他們以前的滴鑄方法，或使用移液器將材料一個(gè)接一個(gè)地滴到基板上。他們?cè)诨瘜W(xué)工程雜志上發(fā)表了他們的結(jié)果。

“使用滴鑄，你可以單獨(dú)合成傳感器的每個(gè)部分，然后將它們集成在一起，這在邏輯上具有挑戰(zhàn)性，需要很長(zhǎng)時(shí)間而且價(jià)格昂貴，”通訊作者Huanyu “Larry” Cheng，James L. Henderson，Jr.賓夕法尼亞州立大學(xué)工程學(xué)院工程科學(xué)與力學(xué)紀(jì)念副教授說(shuō)�！霸�位方法允許在一個(gè)地方直接合成材料，激光加快了這一過程。

在此過程中，激光將納米材料直接刻在多孔石墨烯泡沫基材的頂部�；�材使傳感器在應(yīng)用于皮膚或物體時(shí)具有彈性和柔韌性。

根據(jù)Cheng的說(shuō)法，該方法為使用不同的前體或納米材料，并將它們與不同的比例和組分混合提供了機(jī)會(huì)。此前，研究人員使用氧化石墨烯和二硫化鉬來(lái)制造傳感器。使用新方法，研究人員測(cè)試了另外四類材料，包括過渡金屬硫族化合物，金屬氧化物，貴金屬摻雜金屬氧化物和復(fù)合金屬氧化物。

“一種特定的納米材料使我們能夠感知不同的生物標(biāo)志物或氣體，因此對(duì)我們來(lái)說(shuō)，獲得不同的材料非常重要，”Cheng說(shuō)�！袄�如，一種納米材料通常只能檢測(cè)一個(gè)目標(biāo)氣體分子。通過多種選擇，您可以潛在地檢測(cè)更多分子，從而提高傳感能力。

使用幾種納米材料，研究人員創(chuàng)建了一個(gè)由幾個(gè)并排放置的小傳感器組成的陣列。該陣列的能力可以與人類的鼻子相提并論，Cheng說(shuō)。

“鼻子進(jìn)化到使用數(shù)百萬(wàn)個(gè)細(xì)胞檢測(cè)數(shù)百萬(wàn)種氣味，”Cheng說(shuō)�！耙酝瑯拥姆绞�，每個(gè)傳感器都能夠檢測(cè)到不同的化學(xué)物質(zhì)或顆粒。

通過新的傳感器設(shè)計(jì)，研究人員消除了對(duì)單獨(dú)熱源的需求，進(jìn)一步降低了制造設(shè)備的復(fù)雜性。新設(shè)計(jì)將氣敏納米材料集成在單行多孔石墨烯泡沫上，與舊設(shè)計(jì)相比，納米材料填充電極之間的間隙。單行多孔石墨烯泡沫中的電阻引起焦耳熱以進(jìn)行自熱。

其結(jié)果是一個(gè)復(fù)雜的傳感器，具有多種應(yīng)用，包括監(jiān)測(cè)和提醒用戶氣體的快速增加，例如在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，或隨著時(shí)間的推移氣體的積累，例如在污染的情況下。

未來(lái)，研究人員計(jì)劃通過對(duì)納米材料復(fù)合材料進(jìn)行編程來(lái)提高傳感器的能力，以靶向特定氣體或識(shí)別復(fù)雜混合物中的多種氣體。