新しい通気性ガスセンサーが、健康や環境のモニタリングを改善する(New breathable gas sensors may improve monitoring of health, environment)

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2022-05-19 ペンシルベニア州立大学(PennState)

皮膚や衣服に適用できる、柔軟で多孔質の高感度二酸化窒素センサーを新たに開発し、ヘルスケア、環境衛生監視、軍事利用への応用が期待できると研究者らが発表しました。
ペンシルベニア州立大学工学部機械工学科のHuanyu “Larry” Cheng助教授が率いる研究チームは、過去のモデルを基にしたセンサーの設計とその結果をACS Applied Materials and Interfaces誌に発表しました。
このセンサーは、鼻の下に装着すれば呼気から、体の他の場所に装着すれば汗から、二酸化窒素をモニターすることができる。血液を採取するのとは異なり、皮膚に直接貼り付けるため、継続的かつ長期的にガスをモニタリングすることができる。
研究者達は、レーザー直接描画と呼ばれる製造方法を使って、新しいセンサーを作りました。
「レーザー直接描画は、セットアップが簡単で低コストであり、レーザーが広く入手可能である。このプロセスは、比較的堅牢で、迅速で、大規模な製造生産にスケールアップすることが可能です。」と、Cheng教授は話しています。

<関連情報>

自己組織化ブロック共重合体のレーザー直接描画による本質的な通気性と柔軟性を有するNO2ガスセンサー Intrinsically Breathable and Flexible NO2 Gas Sensors Produced by Laser Direct Writing of Self-Assembled Block Copolymers

Li Yang*, Huadong Ji, Chuizhou Meng, Yuhang Li, Guanghao Zheng, Xue Chen, Guangyu Niu, Jiayi Yan, Ye Xue, Shijie Guo*, and Huanyu Cheng*
ACS Applied Materials and Interfaces  Published:April 8, 2022
DOI:https://doi.org/10.1021/acsami.2c02061

Abstract

The surge in air pollution and respiratory diseases across the globe has spurred significant interest in the development of flexible gas sensors prepared by low-cost and scalable fabrication methods. However, the limited breathability in the commonly used substrate materials reduces the exchange of air and moisture to result in irritation and a low level of comfort. This study presents the design and demonstration of a breathable, flexible, and highly sensitive NO2 gas sensor based on the silver (Ag)-decorated laser-induced graphene (LIG) foam. The scalable laser direct writing transforms the self-assembled block copolymer and resin mixture with different mass ratios into highly porous LIG with varying pore sizes. Decoration of Ag nanoparticles on the porous LIG further increases the specific surface area and conductivity to result in a highly sensitive and selective composite to detect nitrogen oxides. The as-fabricated Ag/LIG gas sensor on a flexible polyethylene substrate exhibits a large response of −12‰, a fast response/recovery of 40/291 s, and a low detection limit of a few parts per billion at room temperature. Integrating the Ag/LIG composite on diverse fabric substrates further results in breathable gas sensors and intelligent clothing, which allows permeation of air and moisture to provide long-term practical use with an improved level of comfort.

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