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灵活,可穿戴传感器检测气体泄漏即时

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浦项,韩国,2021年4月20日——一款可穿戴设备全息图传感器能够立即通知其用户的存在挥发性气体。该可穿戴设备克服了目前气体传感技术的高成本问题,满足了石化工厂等危险环境中工作人员的需求。

该传感器是由韩国浦项科技大学(POSTECH)的机械与化学工程系Junsuk Rho教授和化学工程系的Young-Ki Kim教授共同研发的。它集成了超表面和气反应液晶光调制器,当检测到有害气体时提供即时视觉全息报警。

团队使用的超表面是氢化非晶硅由于它可以控制光的折射率,因此在未来的隐形应用中具有潜力。选择超表面是因为它能够通过自由控制光线传输双向全息图或3D视频图像。
左边是传感器的组成、层数和读数。右上方的图像显示了超表面的纳米颗粒结构。中间的右图显示了该设备作为一个粘贴在一副安全眼镜上的贴纸。右下角显示了传感器的读数,一个笑脸表示正常情况,一个警告符号表示气体水平升高。POSTECH礼貌。
左边是传感器的组成、层数和读数。右上方的图像显示了超表面的纳米颗粒结构。中间的右图显示了该设备作为一个粘贴在一副安全眼镜上的贴纸。右下角显示了传感器的读数:一个笑脸表示正常情况,一个警告符号表示气体水平升高。POSTECH礼貌。

当暴露在气体中时,设备液晶层中的分子会改变方向,触发超表面对光的偏振控制,从而在几秒钟内引发全息图像警报。研究人员使用的目标气体是异丙醇。研究人员报告说,在使用白板标记的实验中,当标记被带到传感器上时,警报就会响起。该传感器检测到的气体浓度低至约200ppm。

该设备也不需要外部机械或电子设备的支持,能够通过一步纳米复合印刷工艺来制造。超表面结构最初是在硬质玻璃基板上加工的,设计目的是通过在弯曲或柔性结构上的单步纳米铸造工艺实现快速生产,在这种情况下是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。

在应用中,传感器可以像贴纸一样贴在安全眼镜上,并在用户眼前显示警报。研究人员预计,该设备将能够集成眼镜型AR显示系统,如苹果、三星、谷歌和Facebook正在开发的系统。

该研究团队目前的目标是创造一种高性能的环境传感器,它能够通过全息报警显示周围区域的气体或生物化学物质的类型和浓度水平。该团队还在研究能够对各种全息图像进行编码的光学设计技术。

Rho说:“这种新开发的超紧凑可穿戴气体传感器提供了一种比传统的听觉或简单的光报警更直观的全息视觉报警。”“预计这种方法在噪音和视觉噪音都很强的极端工作环境中尤其有效。”

这项研究发表在科学的进步(www.doi.org/10.1126/sciadv.abe9943)。

Photonics.com
2021年4月
术语表
全息术
由两个相互相干的分量光束所产生的干涉图样所形成的物体波的光学记录。在全息技术中,一束相干光束首先被分成两束,一束照射物体,另一束照射记录介质。物体对第一波的绕射或散射形成了物体波,物体波向第二相干光束或介质中的参考波前进并与之发生干涉。由此产生的……
全息图
一种记录在高分辨率板上的干涉图样,由来自激光的相干光束和被物体散射的光形成的两束干涉光束如果经过处理后,用单色光正确地观察板材,就能看到物体的三维图像。
氢化非晶硅
一种用于太阳能电池和激光打印机和高速复印机滚筒中的感光材料,因为它在宽光谱波段上具有高量子效率、高数据速率能力和分子尺度分辨率。
研究与技术 Postech 浦项市 浦项科技大学 浦项科技大学 全息术 全息图 metasurface 氢化非晶 氢化非晶硅 聚对苯二甲酸乙二醇酯 宠物 传感器和探测器 气体 安全 Junsukρ 科学的进步

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Laurin出版,Photonics Media
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