宾夕法尼亚州立大学利用石墨烯研发可伸缩气体传感器

宾夕法尼亚州立大学的Huanyu Cheng教授团队主要从事各种纳米材料和传感器的设计与制造研究。

phys.org网站当地时间11月6日报道，美国宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学学院的Huanyu Cheng教授团队近期在《分析化学趋势》杂志中发布了一篇关于气体探测可伸缩传感器的综述论文。

Cheng等在文中表示：研究人员对纳米材料和传感器设计方法的新认识或将推动可伸缩气体传感器的开发，使其更好地用于健康指标和环境有毒气体的监测。

气体传感器可以通过监测人类呼吸过程中的挥发性有机化合物(VOCs)协助提供更及时的医疗诊断，因为VOCs可能与阿米巴痢疾、肠道细菌感染和癌症的早期症状息息相关。

此前，传感器只能监测葡萄糖和pH值。然而，“皮肤产生的汗液和人类呼出的气体中，大约有2600个生物标记物。”Cheng说，“它们能提供重要信息来帮助我们进行疾病诊断。”

除此之外，传感器还可以监测环境中有毒气体的危险水平(例如：煤矿中的甲烷水平)。

然而，目前的气体传感器存在诸多缺陷。如果人体动作明显拉伸皮肤，传感器会产生形变，进而导致测量结果失准。而且，基于金属氧化物的气体传感器的工作温度很高，并不适宜人体穿戴。

为了制造更具“弹性”的可穿戴传感器，Cheng等对其制造方法展开了研究——其中最令他们感兴趣的是直接集成激光诱导石墨烯(LIG)的新型平台。LIG具有高多孔性，可以与碳基或金属氧化物纳米材料集成(这些材料对气体高度敏感)。

Cheng等先用激光技术将LIG刻录在薄膜上，并将其转移到软基板，再涂上导电金属以降低电阻。这种混合金属氧化物与LIG集成的气体传感平台的工作温度显著低于旧版本气体传感器。

此外，Cheng团队还研究了复合材料的形状对传感器环境传感性能的影响。

“尽管有多种纳米材料已被应用于可伸缩气体传感器，但仍有大量用于刚性气体传感器的气敏纳米材料尚未得到深入探索。”Cheng说，“我们对这些新型纳米材料非常感兴趣，它们有望赋予新型可伸缩气体传感器独特的选择性、高灵敏度及快速响应性，使其监测范围更宽泛。