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3D打印助力新材料研发 微型变色气体传感器问世

        现代社会人们的生活节奏加快,活动范围却变小了,大部分人的活动范围主要集中在家里、办公室和小汽车里。活动范围的缩小,意味着单个空间内待的时间变长。因此,人们对活动空间内污染物的检测能力和费用将会越来越注重。


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       最近,一个由爱尔兰科学基金会先进材料和生物工程研究中心(AMBER)与都柏林圣三一大学(Trinity College Dublin)联合研究的项目取得了最新的进展。该项目的科学家通过高分辨率3D打印技术,利用新型材料制造出了一款微型变色气体传感器


        该款微型变色气体传感器采用微观光学结构,响应式的检测结果更加直观,通过3D打印技术还能很好的降低成本。目前,该微型变色气体传感器的应用范围包括空气中的溶剂蒸汽检测和实时空气质量监控。不过,通过与其它
探测器集成电路等电子器件进行结合,可以极大的拓宽该微型变色气体传感器的应用范围,比如健康监测、可穿戴设备、智能家居等。


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利用3D打印技术制造的微型变色气体传感器


        有趣的是,这项研究成果的灵感,竟然是来自孔雀开屏。科学家们最近才发现,孔雀开屏的绚丽多彩,并不是因为孔雀羽毛上有各种颜料,而是由于光的各种透射产生的。在孔雀翅膀的羽毛上,分布着很多个微小的物体,这些物体的尺寸非常小,小到只有零点零几μm。


        不光是孔雀,变色龙的变色逻辑也是同样的方法。科学家正是从这些微小物体中获得的灵感来研究新型材料。科学家通过激光直写(DLW)技术,将激光聚集到非常小的一个点上,在特殊的聚合物中建造一个微型的3D结构,从而人工制造出了孔雀羽毛上的微小物体。



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利用激光直写技术构建响应式光子学结构


        整个研发过程肯定没有文字描述的这么轻描淡写。AMBER和Trinity College Dublin共组建了两个研究小组,主要集中研究如何设计刺激响应材料中的微型3D结构,并进行建模和制造。在设计开发的过程中,科学家花了很多时间,测试了不同结构的响应,最终研发出了能够对湿度、热度和光照做出响应的结构。


        目前的研发虽然已经取得了重大进展,但还没有达到科学家们想要的水平。科学家们的最终目的是要复制出自然界中的伪装和隐身系统,通过比孔雀羽毛上的微小物体还要小的反应阵列,来检测空气中的大量化学成分信息。


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        这种微型变色气体传感器的应用将会非常普遍。现在,物理传感器已经广泛应用在我们的生活之中了,但价格低廉、适用范围广的化学传感器却仍是空白。因此,未来在光电子传感器的基础上,制造出成本低、灵敏度高、低能耗的气体化学传感器,将会衍生出大量的商业应用领域。


        气体传感器虽然已经不是一个新鲜物了,但是已经出现的气体传感器的应用范围主要是局限在火灾烟雾报警,煤气、天然气泄漏监测,湿度检测、二氧化碳氧气检测和挥发性有机物监测等方面,还有大量的应用领域未能实现商用。因此,这种成本低廉、适用性广的微型传感器将会大量应用到手机、汽车、只能家居和穿戴设备上。