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传感器:探测极限最低为0.0023m/s,港城大团队联合造出仿生石墨烯纤维传感器

时间:2023-02-06 16:46:14 | 来源:

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来源:DeepTech深科技

近年来,新一代可穿戴式电子器件经历了爆发式的发展。2022年,科技部发布2022 年度“先进结构与复合材料”重点专项项目,其中就包含推动传感器产业可持续发展的相关部署。

香港城市大学化学系叶汝全教授和团队的研究方向之一,是拓展激光诱导石墨烯技术的应用,包括灭菌灭活病毒、太阳能驱动海水淡化、电催化等,此前也发表了一些论文。因此,他们希望借助激光诱导石墨烯技术,在智能传感方面做出一些贡献。

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Libei Huang 是第一作者,叶汝全教授、美国密苏里大学机械与航空航天工程系教授闫政担任共同通讯作者。

研究中,该团队使用激光诱导石墨烯技术,制造了基于石墨烯的气流传感器、及其后续的形貌修饰,借此对变形机制做出改变,进而发现基于鳞片状结构的石墨烯传感器,在响应时间、恢复时间、灵敏度和检测阈值方面都达到了优异的性能。

相关机理也得到了明确的阐明,可为设计用于检测水流、气流等的下一代流量传感器提供见解和指导,有望用于环境监测、人体健康检测和个人辅助设备等。

其中,超低的气流传感器的检测极限、高度灵活性、稳定性和卓越的灵敏度,在其他应用中也有广阔的应用前景,例如在矿井和机器人中检测极慢的风。

此外,类似规模仿生的同步传播、或多米诺效应所实现的信号放大和快速响应,将在更广泛的背景下为设计下一代传感器带来启发,比如基于水流、声音和运动检测来设计传感器。

(来源:Nano Letters)(来源:Nano Letters)

在基本工作完成之后,他们打算整理数据以及准备论文初稿。论文中包含基于不同形貌的仿生石墨烯在气流传感上的比较,为给读者带来更清晰更直观的理解,课题组希望放一些毛毛虫和蝴蝶的照片。

考虑到版权问题,需要自己去拍摄照片。碰巧有团队成员热爱摄影,平时有记录生活及拍摄的习惯,他的相册里果真有很多很漂亮且清晰的蝴蝶照片。尽管也有毛毛虫的照片,但是很模糊。

“于是,我们有想过在课题组组织爬山的时候,顺道找找有没有毛毛虫,还问过农村老家的亲戚有没有毛毛虫的照片,现在想起来还挺有趣的。”课题组表示。

(来源:Nano Letters)(来源:Nano Letters)

接下来,他们计划进行传感器的更多创新型设计,通过构建信号发生新机制,进一步提高单个器件的检测范围和灵敏度。

同时,还将开发集成式的自动监测、分析和反馈系统,在微型化器件上实现多物理量的同时,还能检测以及解耦信号,希望借此可以解决传统气流传感器体积大、环境干扰大、响应速度慢等缺点。

参考资料:

1.Huang, L., Liu, Y., Li, G., Song, Y., Su, J., Cheng, L., ... & Ye, R. (2023). Ultrasensitive, Fast-Responsive, Directional Airflow Sensing by Bioinspired Suspended Graphene Fibers.Nano Letters.

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