检测气体泄漏的可穿戴传感器

工厂有毒气体泄漏、锅炉一氧化碳泄漏或清理井井时有毒气体窒息等气体事故继续夺走生命并造成伤害。开发能够快速检测有毒气体或生化物质的传感器仍然是公共卫生、环境监测和军事部门的一个重要问题。最近，POSTECH的一个研究小组开发了一种廉价，超紧凑的可穿戴全息图传感器，可以立即通知用户挥发性气体检测。

由机械化学工程系的Junsuk Rho教授和机械工程系的Inki Kim博士与POSTECH化学工程系的Young-Ki教授和博士候选人Won-Sik Kim领导的联合研究小组将超表面与气体反应液晶光调制器集成在一起，开发了一种传感器，可在检测到有害气体时立即提供视觉全息警报。这项研究的结果于7年2021月<>日发表在《科学进展》上。

对于那些在石化厂等危险环境中工作的人来说，气体传感器就是生命。然而，传统的气体传感设备由于使用复杂的机器和电子设备制造成本高而未被广泛使用。此外，商用气体传感器的局限性在于它们难以使用，并且便携性和反应速度差。

为了解决这些问题，研究小组利用了超表面，这是一种众所周知的未来光学设备，通过控制光的折射率使可见物体消失，从而具有隐形隐形效果。超表面特别用于通过自由控制光线来传输双向全息图或 3D 视频图像。

利用超表面，研究团队开发了一种气体传感器，通过使用透射光的偏振控制，可以在短短几秒钟内在太空中漂浮全息图像警报，当暴露于气体时，由于传感器设备内部液晶层中液晶层中液晶分子的方向变化而发生转换。此外，与其他传统的商用气体传感器不同，研究团队开发的这种气体传感器不需要外部机械或电子设备的支持。研究人员使用异丙醇作为目标有害气体，这种气体被称为有毒物质，可引起胃痛、头痛、头晕，甚至白血病。

新开发的传感器被证实可以检测到约200ppm的微量气体。在使用板标记（我们日常生活中的挥发性气体源）的实际实验中，当标记被带到传感器的那一刻，视觉全息警报会立即弹出。

此外，研究团队开发了一种一步式纳米复合打印方法来生产这种柔性可穿戴的气体传感器。以前在硬基板上加工的超表面结构旨在通过弯曲或柔性基板上的一步纳米铸造工艺实现快速生产。

当使用这种方法制造的柔性传感器像贴纸一样贴在安全眼镜上时，它可以检测气体并显示全息报警。预计它将与苹果、三星、谷歌和Facebook正在开发的玻璃型AR显示系统集成。

更进一步，研究小组正在开发一种高性能环境传感器，可以通过全息警报显示周围气体或生化物质的类型和浓度水平，并且正在研究可以编码各种全息图像的光学设计技术。如果这些研究成功，它们可用于减少由生化或气体泄漏引起的事故。

“这种新开发的超紧凑型可穿戴气体传感器提供了比传统听觉或简单光警报更直观的全息视觉警报，”Junsuk Rho教授说。“预计它在声学和视觉噪音强烈的更极端的工作环境中特别有效。

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