戴在轉(zhuǎn)向節(jié)上的柔性氣體傳感器的示例。圖片：賓夕法尼亞州立實(shí)驗(yàn)室

賓夕法尼亞州立大學(xué)，東北大學(xué)和中國五所大學(xué)的研究人員已經(jīng)開發(fā)并測(cè)試了一種可拉伸的可穿戴式氣體傳感器，用于環(huán)境傳感。

該傳感器將新開發(fā)的激光誘導(dǎo)石墨烯泡沫材料與獨(dú)特形式的二硫化鉬和氧化石墨烯還原納米復(fù)合材料結(jié)合在一起。研究人員對(duì)觀察氣體敏感的納米復(fù)合材料的不同形態(tài)或形狀如何影響該材料檢測(cè)非常低濃度的二氧化氮分子的敏感性很感興趣。為了改變形態(tài)，他們用非常細(xì)的鹽晶體包裝了一個(gè)容器。

二氧化氮是車輛排放的有毒氣體，低濃度會(huì)刺激肺部，高濃度會(huì)導(dǎo)致疾病和死亡。

當(dāng)研究人員向罐中添加二硫化鉬和還原的氧化石墨烯前體時(shí)，納米復(fù)合材料在鹽晶體之間的小空間中形成了結(jié)構(gòu)。他們用各種不同的鹽尺寸進(jìn)行了嘗試，并測(cè)試了傳統(tǒng)的叉指電極以及新開發(fā)的激光誘導(dǎo)石墨烯平臺(tái)的靈敏度。當(dāng)通過溶解在水中除去鹽時(shí)，研究人員確定最小的鹽晶體使最敏感的傳感器成為可能。

靈活的氣體傳感器，用于有害氣體。圖片：賓夕法尼亞州立實(shí)驗(yàn)室

工程科學(xué)與力學(xué)與材料科學(xué)與工程學(xué)助理教授Huanyu Larry Cheng說：“我們已經(jīng)完成了百萬分之一的測(cè)試，而且濃度更低，這可能是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的十倍。” “與在潔凈室中需要高分辨率光刻的最佳傳統(tǒng)技術(shù)相比，這是一個(gè)相當(dāng)適度的復(fù)雜性。”

賓州州立大學(xué)的博士生Ning Yi和Han Li以及《今日材料物理》一書的合著者補(bǔ)充說：“本文研究了還原型氧化石墨烯/二硫化鉬復(fù)合材料的傳感性能。更重要的是，我們找到了一種方法來通過控制復(fù)合材料的形態(tài)和傳感器測(cè)試平臺(tái)的配置來提高氣體傳感器的靈敏度和信噪比，我們認(rèn)為可拉伸的二氧化氮?dú)怏w傳感器可能會(huì)在實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)或醫(yī)療行業(yè)。”