[ad_1]
Графическое изображение лазерно-индуцированного датчика газа пены графена во время производства. Луч света представляет собой лазер, который наносит наноматериалы на подложку из вспененного графена, которая будет использоваться для обнаружения газов в воздухе и поту. Кредит: Ченг Групп
При использовании в качестве носимых медицинских устройств эластичные гибкие газовые датчики могут выявлять состояния или проблемы со здоровьем, определяя уровни кислорода или углекислого газа в дыхании или поте. Они также полезны для мониторинга качества воздуха в помещении или на открытом воздухе путем обнаружения газа, биомолекул и химических веществ. Но производство устройств, созданных с использованием наноматериалов, может оказаться сложной задачей.
Исследователи штата Пенсильвания недавно усовершенствовали процесс производства своих газовых датчиков с помощью подхода к производству с помощью лазера на месте, улучшив свой предыдущий метод литья по каплям или набрасывая материалы один за другим на подложку с помощью пипетки. Они опубликовали свои результаты в Журнал химической инженерии.
«При литье по каплям вы должны синтезировать каждую часть датчика отдельно, а затем интегрировать их, что сложно с точки зрения логистики, занимает много времени и дорого», — сказал автор-корреспондент Хуанью «Ларри» Ченг, Джеймс Л. Хендерсон-младший. Мемориальный адъюнкт-профессор инженерных наук и механики в Инженерном колледже штата Пенсильвания. «Метод in situ позволяет напрямую синтезировать материалы в одном месте, а лазер ускоряет процесс».
При этом лазер наносит наноматериалы непосредственно на подложку из пористой пены графена. Основной материал позволяет датчику быть эластичным и гибким при нанесении на кожу или объект.
По словам Ченга, этот подход открывает возможности для использования различных прекурсоров или наноматериалов и их смешивания с различными соотношениями и компонентами. Ранее для создания сенсоров исследователи использовали оксид графена и дисульфид молибдена. С помощью нового метода исследователи протестировали четыре дополнительных класса материалов, включая дихалькогениды переходных металлов, оксиды металлов, оксиды металлов, легированные благородными металлами, и композитные оксиды металлов.
«Определенный наноматериал позволяет нам ощущать различные биомаркеры или газы, поэтому для нас очень важно получить доступ к различным материалам», — сказал Ченг. «Например, один наноматериал обычно может обнаруживать только одну молекулу целевого газа. Имея несколько доступных вариантов, вы потенциально можете обнаружить больше молекул, улучшая возможности обнаружения».
Используя несколько наноматериалов, исследователи создали массив из нескольких небольших датчиков, расположенных рядом. По словам Ченга, возможности массива можно сравнить с человеческим носом.
«Нос эволюционировал, чтобы обнаруживать миллионы запахов, используя миллионы клеток», — сказал Ченг. «Точно так же каждый из датчиков способен обнаруживать разные химические вещества или частицы».
С новой конструкцией датчика исследователи устранили необходимость в отдельном источнике тепла, что еще больше упростило производство устройства. В новой конструкции чувствительные к газу наноматериалы объединены в одну линию пористого пенопласта графена по сравнению со старой конструкцией, где наноматериалы заполняли промежутки между электродами. Сопротивление в единственной линии пористой пены графена вызывает тепло Джоуля для саморазогрева.
Результатом стал сложный датчик, который имеет несколько применений, включая мониторинг и оповещение пользователя о быстром повышении концентрации газов, например, на промышленной площадке, или накоплении газов с течением времени, например, в случае загрязнения.
В будущем исследователи планируют улучшить возможности сенсора, запрограммировав композиты наноматериалов для определения конкретных газов или выявления нескольких видов газов в сложных смесях.
Дополнительная информация:
Цзян Чжао и др., Синтез с помощью лазера на месте и формирование рисунка композитов из пенографена в качестве гибкой платформы для обнаружения газов, Журнал химической инженерии (2022). DOI: 10.1016/j.cej.2022.140956
Предоставлено Государственным университетом Пенсильвании.
Цитата: Метод производства на месте улучшает возможности датчика газа, время производства (2023 г., 20 января) получено 20 января 2023 г. с https://phys.org/news/2023-01-in-place-method-gas-sensor-capabilities. HTML
Этот документ защищен авторским правом. За исключением любой честной сделки с целью частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
[ad_2]
Source link
