據麥姆斯咨詢報道，近期，日本研究人員研發(fā)出一種具有高靈敏的四通道納機械（nanomechanical）氣體傳感器，可以在幾秒鐘內檢測到工業(yè)氣體泄漏。該傳感器采用多種功能性聚合物來快速監(jiān)測痕量的多種目標氣體。通過改變所使用的聚合物，該傳感器還可以很容易地適應各種應用領域，從食品和飲料生產和化學工藝中的質量控制，到通過呼吸分析對多種健康狀況進行無創(chuàng)診斷。

這種多功能氣體傳感器可用于檢測工業(yè)氣體泄漏

該多功能氣體傳感器是日本三井化學公司（Mitsui Chemicals）功能聚合物設計專家與日本仙臺東北大學微機電系統(tǒng)（MEMS）傳感器研發(fā)領導者之間持續(xù)合作的產物。

“我們緊密合作設計了一種高度靈敏的氣體傳感器?！比毡緰|北大學工程研究生院教授Takahito Ono說道，“我們的納機械傳感器與其它氣體傳感器的設計完全不同?！?

該傳感器的核心是一個集成四個硅框架的芯片，該硅框架上具有梳狀的狹縫陣列。不同的功能聚合物嵌入每個框架的狹縫中。當聚合物從空氣中吸收氣體分子時，其會發(fā)生膨脹效應，從而在硅框架的一側產生應力。然后，敏感單元又將機械應力轉化為電能——產生電流。這種傳感器設計可確保大多數目標氣體的可檢測濃度低于bbp級別。

四通道聚合物設計還允許同時檢測多種目標氣體。每種聚合物的獨特溶脹響應會在芯片中產生電信號的特征模式，該傳感器將其與數據庫進行比較以識別存在的氣體。

日本三井化學的科學家掌握的聚合物專業(yè)知識是該傳感器實現高性能的關鍵。“我們非常了解氣體和聚合物之間的相互作用，因此對于大多數目標氣體組合，我們只需要四個通道即可。”三井化學研發(fā)中心Mai Kurihara Yamazaki解釋道，“我們可以預測每種聚合物如何與氣體發(fā)生反應，因此可以定制傳感器以檢測不同的目標氣體，并確定存在的氣體類型和濃度?！?

集成納機械氣體傳感器的產品原型

Mai Kurihara Yamazaki補充說，與競爭對手的傳感技術相比，該傳感器具有幾個關鍵優(yōu)勢?！皞鹘y(tǒng)的氣相色譜法靈敏度高，但檢測速度相對較慢，必須由專業(yè)用戶操作，而且檢測某些目標氣體（例如胺和硫化物）可能具有挑戰(zhàn)性?！彼^續(xù)說道，“我們的多功能納機械傳感器可以實時工作，不需要訓練有素的操作員，并且可以使用我們開發(fā)的算法處理高度復雜的混合物?！?

對于許多應用而言至關重要的是，該氣體傳感器甚至可以在高濕度條件下運行?！皞鹘y(tǒng)的半導體傳感器對水非常敏感?！盡ai Kurihara Yamazaki表示，“如果您嘗試在高濕度下使用傳統(tǒng)的半導體傳感器，可能會得到不準確的讀數，并且會縮短傳感器的使用壽命?！?

為了最大限度地減少濕度問題，可以選擇該納機械傳感器中四通道聚合物中的一種來監(jiān)測濕度水平，以便傳感器可以自動消除濕度波動影響。

“我們的合作伙伴正在繼續(xù)提高該傳感器的性能，下一代原型將于2022年底完成。我們團隊的專業(yè)知識非?；パa?！盡ai Kurihara Yamazaki說道。