可穿戴传感器检测气体泄漏
气体事故——例如工厂有毒气体泄漏、锅炉一氧化碳泄漏或人孔清洁过程中的有毒气体窒息——继续夺去生命并造成伤害。开发能够快速检测有毒气体或生化物质的传感器仍然是公共卫生、环境监测和军事领域的重要课题。一个研究团队开发了一种廉价、超紧凑、可穿戴的全息传感器，可立即通知用户检测到挥发性气体。
研究人员将超表面与气体反应液晶光学调制器集成在一起，以开发一种传感器，该传感器可在检测到有害气体时提供即时视觉全息警报。传统的气体传感装置由于其高制造成本而未被广泛使用。此外，商用气体传感器也存在使用困难、便携性和反应速度差等局限性。
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工程师 Trevon Badloe 讲述技术简介 关于可穿戴传感器的设计。
为了解决这些问题，该团队利用了超表面——一种已知具有“隐形斗篷”效应的光学装置，通过控制光的折射率使可见物体消失。超表面特别用于通过自由控制光线传输双向全息图或3D视频图像。
使用超表面，该团队开发了一种气体传感器，通过使用透射光的偏振控制，可以在几秒钟内将全息图像警报漂浮在太空中，该偏振控制由于内部液晶层中液晶分子的方向变化而发生变化暴露在气体中时的传感器设备。此外，与其他传统的商用气体传感器不同，气体传感器不需要外部机械或电子设备的支持。
研究人员使用异丙醇作为目标有害气体，这种有毒物质会导致胃痛、头痛、头晕甚至白血病。确认该传感器甚至可以检测到约 200 ppm 的微量气体。在使用板标记的实际实验中——我们日常生活中的一种挥发性气体源——当标记被带到传感器的那一刻，视觉全息警报会立即弹出。
开发了一种一步纳米复合材料印刷方法来生产柔性、可穿戴的气体传感器。先前在硬质基板上加工的超表面结构旨在通过单步纳米铸造工艺在弯曲或柔性基板上实现快速生产。当使用这种方法制造的柔性传感器像贴纸一样贴在安全眼镜上时，它可以检测气体并显示全息警报。预计可与 Apple、Samsung、Google 和 Facebook 正在开发的玻璃型 AR 显示系统集成。
该团队正在开发一种高性能环境传感器，可以通过全息警报显示周围气体或生化物质的类型和浓度水平，并正在研究可以编码各种全息图像的光学设计技术。如果这些研究成功，它们可用于减少由生化或气体泄漏引起的事故。它在声音和视觉噪音强烈的更极端的工作环境中尤其有效。
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