美國麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology)的研究員們展示了一款新型可穿戴化學傳感器,將該傳感器連接智能手機或可穿戴設備,就可以用來檢測微量的有毒氣體。

這款新研發的傳感器的重量和信用卡差不多,製作成本僅為一鎳幣(5美分)。該技術降低了射頻識別(RFID)標籤的價格,使其能夠更廣泛地運用於人身安全和安保。這種標籤可以佩戴在戰地士兵的身上,實現神經性毒氣或窒息性毒劑等化學武器的快速檢測。

該傳感器也可以服務於高危化學品易洩露區域的工作人員。
John D. MacArthur機構的化學教授Timothy Swager作為主要作者,在美國化學學會期刊上發表了一篇關於該化學傳感器的文章,Swager指出:“士兵們有過很多類似的隨身攜帶設備,但這些設備往往過於沉重,因此他們不能承受而放棄之。
“我們的化學傳感器可以做到比一張信用卡還輕,而且士兵們已經配備了無線技術,因此,完全可以將化學傳感器整合到士兵的製服中,為他們帶來防護功能。”
該傳感器是一款由碳納米管(一種常規的高導電材料)組成的電路。該團隊在納米管周圍包裹絕緣材料,從而讓這些納米管處於高阻狀態。

一旦傳感器接觸到特定的有毒氣體,絕緣材料便會分離,從而使納米管電路的導電性提高,此時,通過近距離無線通信(NFC)技術(一種幫助設備在短距離內傳輸數據的技術),便能夠發送出智能手機能夠讀取的信號。

根據麻省理工學院的信息顯示,這款傳感器非常靈敏,可以在5秒內檢測到濃度低於百萬分之十的有毒氣體。


麻省理工學院開發的新款射頻傳感器

Swager說:“我們開發的新款化學傳感器可以達到台式實驗室設備所具備的功能,如氣相色譜法氣體分析儀和光譜儀,上述設備和這款化學傳感器相比價格貴很多,並且使用時需要熟練的操作人員。”
1克碳納米管材料可以製造約四百萬個化學傳感器,其生產成本可以降到大約一鎳幣(5美分)。

“再也造不出比這更便宜的化學傳感器了,”Swager表示,“該傳感器能夠使分佈式傳感技術服務於更多的人。”

為了建立無線系統,研究員們開發了一款NFC標籤,當它的電阻下降到特定閾值時,該NFC標籤就會自動啟動。

智能手機通過發出與NFC標籤無線頻率配對的電磁場短脈衝,使NFC標籤產生電流,從而將信息傳遞到手機上。但是,智能手機無法與電阻高於1歐姆的NFC標籤實現配對。

Swager介紹說:“研究員們將納米管/高分子材料運用於NFC標籤的天線。當暴露於濃度為百萬分之十的二氯氧硫(SOCl2)中達到5秒時,該材料的電阻會降到使智能手機能夠與NFC標籤實現配對的臨界值,實際上,這就指示了周圍是否存在有毒氣體。”

團隊下一步目標是在實驗室外使用活性化學試劑進行傳感器測試,在室外,這些化學試劑會四處擴散,因此非常難以檢測,尤其是微量的化學試劑。未來,研究員們也希望開發一款可以精確測量NFC標籤信號強度的手機APP。例如,信號的不同可以顯示出有毒氣體的濃度高低。

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