美國研究人員用3D打印制造一氧化碳探測器

來源：未知大陸

華盛頓大學(xué)和桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的一組研究人員3D打印了一個(gè)有效的一氧化碳探測器。通過用打印的二氧化錫（SnO2）半導(dǎo)體催化劑裝飾還原型氧化石墨烯（rGO）傳感器介質(zhì)，該團(tuán)隊(duì)能夠生產(chǎn)出一種在室溫下可快速響應(yīng)的檢測器。

制造傳感器

根據(jù)疾病預(yù)防控制中心（CDC）的數(shù)據(jù)，僅一氧化碳中毒在美國每年就造成至少430人死亡，此外還有5萬人次因毒氣而去急診室。由于缺乏氣味，一氧化碳幾乎無法檢測到，這意味著它可能對人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。它通常是由于不完全燃燒而產(chǎn)生的，因此火焰的氧氣供應(yīng)過低，無法進(jìn)行完全燃燒。

盡管當(dāng)今流行基于二氧化錫的一氧化碳檢測器，但是這些設(shè)備的制造可能既昂貴又耗時(shí)。最重要的是，通常必須將半導(dǎo)體材料加熱到高于400°C的溫度才能有效。高溫要求意味著難以制造薄、緊湊和柔性的設(shè)備。

二氧化錫-石墨烯納米墨水
研究人員開始使用改進(jìn)的溶劑熱氣凝膠工藝，用納米級的二氧化錫裝飾還原的氧化石墨烯片。將所得純化的氣凝膠再分散，并用研缽研磨。將其與最終溶劑混合以生產(chǎn)二氧化錫-石墨烯納米油墨。

為了制造傳感器，團(tuán)隊(duì)將銀電極噴墨打印在線寬在100微米范圍內(nèi)的聚合物基板上。然后將二氧化錫-石墨烯納米墨水噴墨打印在銀電極的頂部以對其進(jìn)行涂覆。然后對整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱處理，以使其退火并進(jìn)一步還原石墨烯，因此在室溫下將更有效。

銀電極和二氧化錫-石墨烯納米油墨的噴墨打印

在對傳感器進(jìn)行測試時(shí)，研究小組成功地在氮?dú)庵袡z測到50ppm的一氧化碳。響應(yīng)為15%，響應(yīng)時(shí)間為4.5s，恢復(fù)時(shí)間為12s。據(jù)研究人員說，結(jié)果表明，打印的傳感器優(yōu)于之前在室溫下測試的其他傳感器。因此，該團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論，薄而靈活的一氧化碳傳感器可以通過可伸縮、低成本的協(xié)議進(jìn)行3D打印，這為AM快速增長的用途列表增加了另一個(gè)潛在的應(yīng)用。

這項(xiàng)研究的更多細(xì)節(jié)可以在題為“基于sno2 -石墨烯納米墨水的柔性一氧化碳傳感器的增材制造”的論文中找到。它是由Jialin Zuo, Sean Tavakoli, Deepakkrishna Mathavakrishnan, Taichong Ma, Matthew Lim, Brandon Rotondo, Peter Pauzauskie, Felippe Pavinatto和Devin MacKenzie合著。

隨著3D打印功能的發(fā)展，對3D打印傳感器的研究正變得越來越普遍。最近，中國的一個(gè)研究人員小組3D打印了一種堅(jiān)韌而導(dǎo)電的聚合物水凝膠，以生產(chǎn)柔性可穿戴運(yùn)動傳感器。傳感器的全面測試表明，它們可以將物理壓力變化準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為敏感的電信號。在韓國的其他地方，研究人員3D打印了一組高度靈敏，可穿戴的生物傳感器，能夠檢測到主動變化的身體應(yīng)變信號。