香港科技大學研發(fā)用于智能家居的無線自供電氣體傳感器網(wǎng)絡

現(xiàn)如今，隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和5G無線通信網(wǎng)絡等通信平臺的飛速發(fā)展，能夠?qū)崟r監(jiān)測化學品安全和個人健康的智能氣體傳感器網(wǎng)絡的構(gòu)建已成為可能。然而，這一應用場景要求氣體傳感器具備包括小型化、低成本、超低功耗、卓越的靈敏度和高智能性等特性。

香港科技大學范智勇教授等人報道了一種自供電的集成納米結(jié)構(gòu)氣體傳感器(SINGOR)系統(tǒng)和無線連接的SINGOR網(wǎng)絡?；诠杼栯姵?，室溫工作的SINGOR系統(tǒng)可由室內(nèi)光驅(qū)動，其對氫氣、甲醛、甲苯和丙酮具有超高的靈敏度，檢測下限分別為10、2、1和1 ppb。每個SINGOR由一組納米結(jié)構(gòu)傳感器組成，具有氣體模式識別和分類的能力。作者通過將多個SINGOR系統(tǒng)無線連接成傳感器網(wǎng)絡，成功地展示了其可燃氣體泄漏檢測和報警功能。此外，該系統(tǒng)還能以高精度實現(xiàn)房間內(nèi)的氣體泄漏定位。該研究以題為“Wireless Self-Powered High-Performance Integrated Nanostructured-Gas-Sensor Network for Future Smart Homes”的論文發(fā)表在《ACS nano》上。

文章亮點：

(1)作者通過集成高性能氣體傳感模塊、自供電的電源模塊、用于數(shù)據(jù)處理的MCU和用于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃{牙單元，成功開發(fā)了一種室內(nèi)光驅(qū)動的SINGOR系統(tǒng)。通過與太陽能電池和鋰離子電池集成，該系統(tǒng)即使在光強度相對較弱的室內(nèi)也實現(xiàn)了自供電功能，非常適合室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測。

(2)納米結(jié)構(gòu)的Pd / SnO 2 / AAO傳感器具有高的表面積/體積比，可與氣體分子進行有效的表面相互作用，這有助于在室溫下實現(xiàn)高感測性能。所制造的傳感器能以低功耗實現(xiàn)對H 2(10 ppb)、甲醛(2 ppb)、甲苯(1 ppb)和丙酮(1 ppb)的低檢測極限。

(3)作者借助機器學習算法，使得傳感器陣列具備氣體分類功能，并構(gòu)建了一個智能氣體傳感網(wǎng)絡，成功展示了智能家居在氣體泄漏報警和定位方面的應用。

這項研究有望推動納米結(jié)構(gòu)氣體傳感器網(wǎng)絡在智能家居/建筑和未來智能城市等廣泛應用領(lǐng)域的發(fā)展。