就地制造方法提高了气体传感器的能力缩短了生产时间

当用作可穿戴医疗设备时，有弹性的柔性气体传感器可以通过检测呼吸或汗液中的氧气或二氧化碳水平来识别健康状况或问题。它们还可用于通过检测气体、生物分子和化学物质来监测室内或室外环境的空气质量。但是制造使用纳米材料制成的设备可能是一个挑战。

宾夕法尼亚州立大学的研究人员最近通过原位激光辅助制造方法改进了他们的气体传感器制造工艺，改进了他们以前的滴铸方法，或者使用移液管将材料逐一滴落到基板上。他们在化学工程杂志上发表了他们的研究结果。

“通过滴铸，你必须分别合成传感器的每个部分，然后将它们集成，这在逻辑上具有挑战性，需要很长时间并且很昂贵，”相应的作者Huanyu“Larry”Cheng，JamesL.Henderson,Jr.说。宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学纪念副教授。“原位法可以让材料在一个地方直接合成，激光加速了这个过程。”

在此过程中，激光将纳米材料直接刻在多孔石墨烯泡沫基板上。基础材料使传感器在应用于皮肤或物体时具有弹性和柔韧性。

Cheng表示，该方法为使用不同的前体或纳米材料提供了机会，并将它们以不同的比例和成分混合。此前，研究人员使用氧化石墨烯和二硫化钼来制造传感器。通过这种新方法，研究人员测试了另外四类材料，包括过渡金属二硫化物、金属氧化物、贵金属掺杂金属氧化物和复合金属氧化物。

“一种特殊的纳米材料使我们能够感知不同的生物标记或气体，因此对我们来说获得不同的材料非常重要，”Cheng说。“例如，一种纳米材料通常只能检测一种目标气体分子。有了多种选择，您就有可能检测到更多分子，从而提高传感能力。”

使用几种纳米材料，研究人员创建了一系列并排放置的多个小型传感器。Cheng说，阵列的功能可以比作人的鼻子。

“鼻子进化为使用数百万个细胞检测数百万种气味，”Cheng说。“以同样的方式，每个传感器都能够检测到不同的化学物质或颗粒。”

通过新的传感器设计，研究人员不再需要单独的热源，进一步降低了制造设备的复杂性。与旧设计相比，新设计将气敏纳米材料集成在单行多孔石墨烯泡沫上，其中纳米材料填充电极之间的间隙。单线多孔石墨烯泡沫中的电阻会产生焦耳热以进行自加热。

其结果是一个具有多种应用的复杂传感器，包括监测和警告用户气体的快速上升，例如在工业现场，或者气体随着时间的推移积累，例如在污染的情况下。

未来，研究人员计划通过对纳米材料复合材料进行编程以针对特定气体或识别复杂混合物中的多种气体种类来提高传感器的能力。