【大纪元2024年03月08日讯】（大纪元专题部记者吴瑞昌编译报导）英国最近开发出一种由“冷冻烟雾”制成的感测器，可以快速侦测到极微量的甲醛，且灵敏度要高于多数室内空气品质感测器。
甲醛是一种常见的挥发性有机化合物，是已知的致癌物之一。在合成木制（如中密度纤维板）的家具、壁纸、油漆、玩具以及一些合成织物等家居用品中都可测到甲醛。如果室内甲醛浓度过高，会导致人出现流泪、眼睛刺痛、喉咙灼烧、疲劳以及呼吸困难等症状，且高浓度的甲醛还会引发哮喘，甚至癌症。
据清洁空气日（Clean Air Day）运动组织在2019年的一份报告中提到，英国五分之一的家庭甲醛浓度高，其中13%的住宅超过了世界卫生组织设定的建议量。因此研发一款更好的毒性检测器，就变得至关重要。
英国剑桥大学石墨烯研究中心与英国华威大学（University of Warwick），共同开发一款由高度多孔材料“气凝胶”制成的感测器，它透过精确设计的孔的形状或形态，可在室温下监测到浓度极低的甲醛和其它危险气体。
这种气凝胶制成的感测器不仅所需功率很小（130微瓦），还可以制成穿戴式的器具，用于医疗保健上。该项研究结果于今年2月发表在《科学》期刊上。
这种气凝胶感测器，主要是由三维（3D）多孔石墨烯或还原氧化石墨烯（rGO）制成。气凝胶除了碳原子之外，其它99%以上都是空气，拥有极高的孔隙率和开放结构，能使气体轻松穿过，再加上超轻和导热率极低的特性，被用于航天材料。
气凝胶又被称为“冷冻烟雾”，因为它的外型酷似固体烟雾，且呈半透明或透明状。
研究人员先是对由石墨烯（一种二维形式的碳）加热制成糊剂，用3D列打印机打印一块电路板上，然后再将打印成品进行冷冻干燥和清洗，最终打印出的细丝垂直于底部电极，以获得更好的电气接触和导电性。
之后，实验人员将打印好的石墨烯气凝胶，放进含有氯化铜（CuCl2）、或氯化镍（NiCl2）或氯化钴（CoCl2）金属溶液的乙醇中，让金属附着在气凝胶的表面。最后用己烷洗涤多余的物品，使得气凝胶表面附上一层金属氧化物半导体量子点，让感测器能快速吸收那些空气中扩散极快的气体。
研究人员表示，之所以选用这三种金属，主要是这些金属氧化物被广泛用于气体感应检测上，且使用酒精这种弱张力的有机溶剂，是为了避免原本打印好的气凝胶从电路板基板上剥离。
研究人员还表示，选用3D打印是为了打印出多种尺度的感应物件，方便对气凝胶结构进行微调，同时还可获得额外的维度和可区分的特征，让感测器在侦测不同气体时，更具有可调性。
研究团队经过多方面的测试和调整，最终做出了一款能在几秒钟内，在室温下对甲醛和其它挥发性有机化合物进行“高灵敏度检测”和“即时识别”的气凝胶感测器。这款气凝胶感测器可以检测浓度低至8ppb的甲醛，该数值相当于英国工作场所可暴露安全水平的0.4%。
试验过程中，他们发现，影响影响气凝胶气灵敏性能的有主要三个关键因素，即打印结构的表面孔隙率、细丝直径和表面阵列排序。细丝越细，表面孔隙率越大，感应效果和对气体的识别率越高。
研究人员表示，该技术可用于开发检测其它有机化合物的感测器。
华威大学的合著者朱利安·加德纳（Julian Gardner）教授对剑桥大学的新闻室说，“华威大学正在开发一种低成本的多感测器平台，该平台将整合这些新型气凝胶材料，并与算法相结合，检测不同的挥发性有机化合物。”
剑桥大学丘吉尔学院的院士、石墨烯研究中心的陶菲克·哈桑（Tawfique Hasan）教授则表示：“甲醛等挥发性有机化合物即使在低浓度下，长时间接触也会导致严重的健康问题，但目前的感测器不具备区分对健康有不同影响的挥发性有机化合物的灵敏度或选择性。”
他接着说，“现有的挥发性有机化合物侦测器只能得到空气中总浓度的一个数字，而我们开发的即时感测器，可以快速检测极低浓度有机化合物，可以让家庭和企业更准确地了解空气品质，和任何潜在的健康风险。”
论文的第一作者陈卓（音译，Zhuo Chen）表示，“传统的气体感测器使用时需要加热，但我们设计气体感测器透过使用高度多孔的材料作为感测元件，使它可在室温下正常运行，无需再加热，这使它的功耗要比其它的感测器少10到100倍左右。”
该研究得到了亨利莱斯研究所（ Henry Royce Institute）以及英国研究与创新（UKRI）旗下的工程和物理科学研究委员会（EPSRC）的支持。◇
责任编辑：连书华
