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从孔雀翅膀获灵感,科学家利用3D打印制造微型变色气体传感器

时间:2021-09-29 08:37 来源:MEMS 作者:admin 阅读:
极光尔沃
      据麦姆斯咨询报道,来自都柏林圣三一大学(Trinity College Dublin)和爱尔兰科学基金会(SFI)先进材料和生物工程研究中心(AMBER)的科学家们发现了一种使用新材料和高分辨率3D打印技术制造微型变色气体传感器的方法。
利用3D打印技术制造的微型变色气体传感器

        大多数人一生中的大部分时间都在家里、汽车里或工作环境中度过,因此,例如廉价而准确地监测污染物水平的能力可能会改变人类对健康和安全环境的认知。上述微型变色气体传感器——响应式(变色)、3D打印制造、微观光学结构——能够以较低的成本实时监测气体,并用于检测空气中的溶剂蒸汽。该传感器具有巨大的市场潜力,可应用于智能家居、便携式设备,以及集成到用于监测人类健康的可穿戴设备之中。
       这项传感器研究项目由都柏林圣三一大学化学学院助理教授兼AMBER首席研究员Larisa Florea与都柏林圣三一大学物理学院教授Louise Bradley共同领导,并在都柏林圣三一大学自适应纳米结构和纳米器件研究中心(CRANN)进行研究项目实施。气体传感领域的工业合作者和领导者——来自美国纽约的GE Research也安排Radislav Potyrailo博士参与其中。
       上述研究团队的研究结果刚刚作为特刊的一部分发表于Journal of Materials Chemistry C,该特刊展示了Larisa Florea教授作为新兴研究者的工作。该期刊文章的主要作者——都柏林圣三一大学化学学院Colm Delaney博士介绍说:“300多年前,罗伯特·胡克(Robert Hooke)首先研究了孔雀翅膀上鲜艳的颜色。仅仅几个世纪之后,科学家们才发现,孔雀翅膀上的鲜艳色彩并不是由传统颜料引起的,而是由光线与羽毛上微小物体的相互作用引起的,这些微小物体的尺寸只有几百万分之一米。”
       Colm Delaney继续说道:“我们采用这种从喜鹊到变色龙的‘生物设计’来制造一些非常令人兴奋的材料。我们通过使用激光直写(DLW)技术来实现这一目标,该技术使我们能够将激光聚焦到一个极小的点,可在我们实验室开发的软聚合物中构建微小的3D结构。”

利用激光直写技术构建响应式光子学结构

该项目的合作者、都柏林圣三一大学Louise Bradley教授补充道:“我们在两个小组之间开展的研究主要集中在刺激响应材料中这些微小3D结构的设计、建模和制造上。我们实验室的优秀博士生Jing Qian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,希望创造出能够真正重现自然界中的隐身和伪装能力的系统。比孔雀翅膀羽毛上微小物体还小的反应阵列,可以用来告诉我们大量关于环境化学成分的信息。”

为什么微型变色气体传感器很有用?目前,虽然传统的物理传感器广泛应用于人类日常生活之中,但是可以使用的低成本、适应性强的化学传感器平台仍然存在滞后。基于光子学的传感器发展迅速,能够以低功耗、低成本和高灵敏度等优点生成准确而强大的气体传感方案。这是Radislav Potyrailo博士及GE Research多年来致力于商业化的领域。

Larisa Florea教授表示:“当考虑到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,并对人类健康产生深远影响时,不得不希望对我们周围的环境进行监测。我们利用3D打印技术制造了具有微观光学结构的响应式(变色)气体传感器,可以实时监测周围环境气体。由于这种传感器成本低廉,因此具有极大的发展空间,从智能家居到可穿戴设备,从手机到汽车。”

“回顾过去,室内气体传感器主要用于天然气/煤气泄漏监测及火灾烟雾报警。随着技术不断进步,目前也可以实时监测相对湿度、氧气水平、二氧化碳、挥发性有机化合物(VOC)、氨气等。我们的微型变色气体传感器可以在家庭环境监测系统中发挥巨大作用,确保人类健康福祉,并成为未来家庭自动化的核心。”

(责任编辑:admin)

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