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科学家开发出新型气凝胶传感器,可检测十亿分之八浓度甲醛

发布时间:2024-03-08 浏览:7886 次

2024年2月10日消息,研究人员开发了一种由“冷冻烟雾("frozen smoke)”制成的传感器,利用AI技术实时检测浓度低至十亿分之八的甲醛,远远超出了大多数室内空气质量传感器的灵敏度。

剑桥大学的研究人员开发了这一新型传感器,采用气凝胶多孔材料制成。通过精确设计气凝胶孔的形状,传感器能够在室温下检测甲醛浓度,研究成果发表在《Science Advances》杂志上。

剑桥石墨烯研究所的 Tawfique Hasan 教授表示:“甲醛等挥发性有机化合物即使在低浓度下,长时间接触也会导致严重的健康问题,但目前的传感器不具备这样的灵敏度。”

该论文的第一作者Zhuo Chen补充道:“我们希望开发一种体积小、功耗低、可以选择性检测低浓度甲醛的传感器。”

该传感器基于气凝胶技术,气凝胶超轻材料有时被称为“液体烟雾”,因为按体积计算,它们的99%以上是空气,气凝胶的开放结构使气体能够轻松地进出。通过精确设计孔的形状或形态,气凝胶可以充当高效的传感器。

剑桥研究人员与华威大学合作,优化了气凝胶的成分和结构,以提高其对甲醛的敏感性,使它们成为大约人类头发宽度三倍的细丝。

接着,研究人员对由石墨烯制成的糊剂进行了3D打印,然后将石墨烯糊剂冷冻干燥,从而在最终的气凝胶结构中形成孔洞。气凝胶还包含被称为量子点(quantum dots)的微小半导体。

论文介绍称,该传感器可在室温下对甲醛进行高灵敏度和实时识别。通过优化印刷结构的形态和掺杂,传感器仅消耗约130微瓦的功率,就实现了百万分之一甲醛的15.23%的创纪录高稳定响应和十亿分之8.02的超低浓度检测。在测量的动态响应快照的基础上,研究人员还开发了智能计算算法,以实现稳健而准确的实时检测。

华威大学的团队正在开发一种低成本的多传感器平台,该平台将整合这些新型气凝胶材料,并与AI算法相结合,检测不同的挥发性有机化合物。


来源:IT之家



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