可检测气体泄漏的可穿戴传感器

诸如工厂中的有毒气体泄漏，锅炉的一氧化碳泄漏或人孔清洁期间的有毒气体窒息之类的气体事故继续夺去生命并造成伤害。在公共卫生，环境监测和领域，开发能够快速检测有毒气体或生化物质的传感器仍然是一个重要问题。最近，POSTECH的研究团队开发了一种廉价的超紧凑型可穿戴全息图传感器，该传感器可立即将挥发性气体检测通知用户。

由机械和化学工程系的Junsuk Rho教授以及机械工程系的Inki Kim博士与Young-Ki Kim和Ph.D.教授领导的联合研究团队。POSTECH化学工程系的候选人Won-Sik Kim已将超表面与气体反应型液晶光调制器集成在一起，以开发一种传感器，该传感器可在检测到有害气体时立即发出视觉全息警报。这项研究的结果发表在2021年4月7日的《科学进展》上。

对于那些在危险环境(例如石化厂)中工作的人来说，气体传感器是生命。然而，常规的气体感测设备由于其由复杂的机器和电子设备制造的高成本而未被广泛使用。另外，商用气体传感器的局限性在于难以使用，并且便携性和反应速度差。

为了解决这些问题，研究小组利用超表面，即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而具有隐形隐身效果。超颖表面特别用于通过自由控制光来传输双向全息图或3-D视频图像。

通过使用超表面，研究团队开发了一种气体传感器，该传感器可通过使用透射光的偏振控制在短短几秒钟内将全息图像警报漂浮在太空中，该偏振光由于液晶层中液晶分子取向的变化而发生转变。暴露于气体中时，传感器设备内部。此外，与其他传统的商用气体传感器不同，由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，这种有害气体被称为有毒物质，可引起胃痛，头痛，头晕甚至白血病。

证实了新开发的传感器甚至可以检测到约200ppm的微量气体。在使用板形标记器(我们日常生活中的挥发性气体源)的实际实验中，将标记带入传感器的瞬间，立即弹出了视觉全息警报。

此外，研究团队开发了一种单步纳米复合印刷方法来生产这种灵活且可穿戴的气体传感器。预先在硬质基材上进行加工的超表面结构经过设计，可通过单步纳米浇铸工艺在弯曲或柔性基材上快速生产。

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，它可以检测到气体并显示全息图警报。预计它将与Apple，Samsung，Google和Facebook正在开发的玻璃型AR显示系统集成。

更进一步，研究团队正在开发一种高性能的环境传感器，该传感器可以通过全息警报显示周围环境中气体或生物化学物质的类型和浓度水平，并且正在研究可以对各种全息图像进行编码的光学设计技术。如果这些研究成功，则可用于减少由生化或气体泄漏引起的事故。

Junsuk Rho教授说：“与传统的听觉报警器或简单的光报警器相比​​，这种新开发的超紧凑型可穿戴气体传感器提供了更直观的全息视觉报警。” “预计在声音和视觉噪声强烈的更极端的工作环境中，这种方法特别有效。”

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