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日本NIMS和美国麻省理工联合开发了一种碳纳米管化学传感器可以集成到智能手机上探测有毒气体

2016-09-06 351浏览 标签: 纳米美国MIT


动态背景


纳米传感器是纳米科学的一个重要研究领域,与传统传感器相比,纳米传感器尺寸减小、精度提高等性能大大改善,更重要的是利用纳米技术制作传感器,是站在原子尺度上,从而极大地丰富了传感器的理论,推动了传感器的制作水平,拓宽了传感器的应用领域。碳纳米管作为一种重要的纳米材料,将其应用与传感器的研究也有很多。日本NIMS(物质·材料研究机构),MANA(国际纳米结构材料研究中心)和美国MIT(麻省理工大学)合作的这项研究就是该方向诸多研究中的一项,不过此项研究得到的化学传感器可以集成在智能手机上探测有毒气体的存在,使得每个人都能随时随地得知自己所处的环境中有没有有害气体存在,对于公共安全领域有着重要的意义,甚至在一定程度上对于政府的形象都有深远意义。


研究内容



研究人员开发了一种化学传感材料,一旦此种材料接触毒气,其导电率将大幅度提升。研究人员将这种材料集成到近场通信(NFC)标签的电路之中,而这可以嵌入到各类智能卡之中。之后他们还证实了该项技术可以用于手机快速(5秒以内)检测出低浓度有毒气体(10 ppm)。



此种化学传感材料是由一组各自独立的被超分子聚合物(由弱相互作用将单体集合在一起形成的簇)包覆的碳纳米管组成的。当此种材料暴露于亲电子毒气中时,其导电率会提高到从前的3000倍。碳纳米管本身是具有高导电性的材料,但是当它们被超分子聚合物包覆之后,就会变成弱导体,因为超分子聚合物起到绝缘作用。当暴露在有毒气体中以后,超分子聚合物中的弱成键点就会断裂,使得这层包覆层分解,此时碳纳米管恢复本身的高导电性。导电性的变化与毒气浓度与暴露时间直接相关,并且这种变化很容易被电阻器侦测出来。


研究人员对这种毒气传感器进行改进使之能够集成于智能手机中的NFS标签电路中,使得手机用户可以使用NFS标签直接检测毒气是否存在。并且此项技术的成本低廉。



在未来,研究人员计划通过改进超分子聚合物结构开发能够更灵敏,更快捷,更容易的侦测多种有毒化学品的传感器,并将此技术与其他种类的无线通信技术兼容,同时考虑将该技术与互联网云技术相结合,在更大程度上保障社会安全。


动态意义


此种材料让每个人都能侦测周围环境中时候有有毒气体存在,这对于保障公共安全有着很大帮助。尤其对于日本这种有过被奥姆真理教使用毒气进行恐怖袭击历史的国家,人们对于毒气威胁更加敏感,因而此种纳米传感器的研究更有其必要性。如果政府使用此项技术,将传感器安装于人员密集区域,能够及时发现毒气威胁并迅速处理,防止重大伤亡事故发生,这无疑是其执政能力的体现,有利于建立良好的政府形象。因而此项研究除了商业价值,还有很大的潜在政治意义。



动态链接:Development of Chemical Sensing Material that Enables Smartphones to Detect Toxic Gases


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