近年来,信息时代的爆炸式发展,使物联网(IoT)、人工智能(AI)、大数据和云计算吸引了全世界的广泛关注。智能气体传感器已成为人机交互(HMI)的重要接口,以及与外界交互的重要手段。
气体传感器在作为HMI接口时,需要具备可穿戴以及皮肤贴合的特性,以感知人体及周围环境的各种生理信号。常见的气体传感器通常由传统衬底(包括玻璃、陶瓷管、硅、刚性传感材料和电极)制成,这些材料往往缺乏柔性和机械顺应性以响应人体运动。因此,传统的刚性气体传感器的弯曲性能和透气性较差,限制了人体活动,导致佩戴舒适性较差。此外,传统的气体传感器还需要依赖高温工作,这阻碍了可穿戴气体传感系统的制造,并且在检测易燃易爆气体时,会不可避免地增加发生爆炸或火灾的潜在风险。
最近报道的可穿戴气体传感器为解决上述挑战提供了一种有效的方案。随着工业化和城市化的进程加速,有害气体排放对人类健康构成了重大威胁。例如,过度暴露于氨气会对呼吸器官和眼睛造成不可逆转的严重刺激,长期暴露于含甲醛的空气中会导致肺功能下降和慢性肺炎,而长时间暴露于低浓度的氮氧化物会诱发慢性咽炎和支气管炎。
因此,在日常生活中使用便携式可穿戴气体传感器即时检测周围的有害气体正变得至关重要。不仅如此,有些气体还可以用作某些疾病的生物标志物,实现人体健康状况的即时监测、诊断及治疗。
根据应用场景和实际呼吸中检测到的气体类型,可穿戴气体传感器可用于环境监测、医疗保健、智能家居、工业安全、食品安全以及公共安全等领域。此外,可穿戴气体传感器体积小,可以舒适地粘附在人体皮肤上,并能随着人体运动而变形,不改变传感器的响应性能。
因此,选择并设计柔性衬底及敏感材料,已成为提高气体传感器室温传感性能及机械柔性的当务之急。与传统刚性衬底相比,新兴的聚合物和织物基材不仅表现出可弯曲和可拉伸的特性,而且重量轻、价格低廉。
为了实时检测人体生理信号以及监测周围环境的潜在威胁,离子液体、聚合物、碳基纳米材料、二维半导体材料以及其它柔性敏感材料可以作为柔性传感材料提供有吸引力的解决方案。这些材料凭借卓越的柔韧性和室温下的高敏感特性相比其它材料更具优势。此外,相较传统的气体传感器,可穿戴气体传感器还具有更低的功耗。
据麦姆斯咨询报道,吉林大学电子科学与工程学院刘方猛教授研究团队近日在Advanced Sensor Research期刊上发表了一篇题为“Room Temperature Wearable Gas Sensors for Fabrication and Applications”的综述,全面总结了室温下具有卓越气体传感性能的材料及其制备。文章还讨论了室温工作的可穿戴气体传感器的各种应用和未来前景。