美国研究人员用3D打印制造一氧化碳探测器 

2020-06-12 10:57 发布

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华盛顿大学和桑迪亚国家实验室的一组研究人员3D打印了一个有效的一氧化碳探测器。通过用打印的二氧化锡(SnO2)半导体催化剂装饰还原型氧化石墨烯(rGO)传感器介质,该团队能够生产出一种在室温下可快速响应的检测器。

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制造传感器

一氧化碳中毒


根据疾病预防控制中心(CDC)的数据,仅一氧化碳中毒在美国每年就造成至少430人死亡,此外还有5万人次因毒气而去急诊室。由于缺乏气味,一氧化碳几乎无法检测到,这意味着它可能对人体健康构成严重威胁。它通常是由于不完全燃烧而产生的,因此火焰的氧气供应过低,无法进行完全燃烧。

尽管当今流行基于二氧化锡的一氧化碳检测器,但是这些设备的制造可能既昂贵又耗时。最重要的是,通常必须将半导体材料加热到高于400°C的温度才能有效。高温要求意味着难以制造薄、紧凑和柔性的设备。

二氧化锡-石墨烯纳米墨水

研究人员开始使用改进的溶剂热气凝胶工艺,用纳米级的二氧化锡装饰还原的氧化石墨烯片。将所得纯化的气凝胶再分散,并用研钵研磨。将其与最终溶剂混合以生产二氧化锡-石墨烯纳米油墨。

为了制造传感器,团队将银电极喷墨打印在线宽在100微米范围内的聚合物基板上。然后将二氧化锡-石墨烯纳米墨水喷墨打印在银电极的顶部以对其进行涂覆。然后对整个结构进行热处理,以使其退火并进一步还原石墨烯,因此在室温下将更有效。

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银电极和二氧化锡-石墨烯纳米油墨的喷墨打印

在对传感器进行测试时,研究小组成功地在氮气中检测到50ppm的一氧化碳。响应为15%,响应时间为4.5s,恢复时间为12s。据研究人员说,结果表明,打印的传感器优于之前在室温下测试的其他传感器。因此,该团队得出结论,薄而灵活的一氧化碳传感器可以通过可伸缩、低成本的协议进行3D打印,这为AM快速增长的用途列表增加了另一个潜在的应用。

这项研究的更多细节可以在题为“基于sno2 -石墨烯纳米墨水的柔性一氧化碳传感器的增材制造”的论文中找到。它是由Jialin Zuo, Sean Tavakoli, Deepakkrishna Mathavakrishnan, Taichong Ma, Matthew Lim, Brandon Rotondo, Peter Pauzauskie, Felippe Pavinatto和Devin MacKenzie合著。

随着3D打印功能的发展,对3D打印传感器的研究正变得越来越普遍。最近,中国的一个研究人员小组3D打印了一种坚韧而导电的聚合物水凝胶,以生产柔性可穿戴运动传感器。传感器的全面测试表明,它们可以将物理压力变化准确地转换为敏感的电信号。在韩国的其他地方,研究人员3D打印了一组高度灵敏,可穿戴的生物传感器,能够检测到主动变化的身体应变信号。
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