工廠有毒氣體泄漏、鍋爐一氧化碳泄漏或清理井井時有毒氣體窒息等氣體事故繼續(xù)奪走生命并造成傷害。開發(fā)能夠快速檢測有毒氣體或生化物質的傳感器仍然是公共衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測和軍事部門的一個重要問題。最近，POSTECH的一個研究小組開發(fā)了一種廉價，超緊湊的可穿戴全息圖傳感器，可以立即通知用戶揮發(fā)性氣體檢測。

由機械化學工程系的Junsuk Rho教授和機械工程系的Inki Kim博士與POSTECH化學工程系的Young-Ki教授和博士候選人Won-Sik Kim領導的聯合研究小組將超表面與氣體反應液晶光調制器集成在一起，開發(fā)了一種傳感器，可在檢測到有害氣體時立即提供視覺全息警報。這項研究的結果于7年2021月<>日發(fā)表在《科學進展》上。

對于那些在石化廠等危險環(huán)境中工作的人來說，氣體傳感器就是生命。然而，傳統(tǒng)的氣體傳感設備由于使用復雜的機器和電子設備制造成本高而未被廣泛使用。此外，商用氣體傳感器的局限性在于它們難以使用，并且便攜性和反應速度差。

為了解決這些問題，研究小組利用了超表面，這是一種眾所周知的未來光學設備，通過控制光的折射率使可見物體消失，從而具有隱形隱形效果。超表面特別用于通過自由控制光線來傳輸雙向全息圖或 3D 視頻圖像。

利用超表面，研究團隊開發(fā)了一種氣體傳感器，通過使用透射光的偏振控制，可以在短短幾秒鐘內在太空中漂浮全息圖像警報，當暴露于氣體時，由于傳感器設備內部液晶層中液晶層中液晶分子的方向變化而發(fā)生轉換。此外，與其他傳統(tǒng)的商用氣體傳感器不同，研究團隊開發(fā)的這種氣體傳感器不需要外部機械或電子設備的支持。研究人員使用異丙醇作為目標有害氣體，這種氣體被稱為有毒物質，可引起胃痛、頭痛、頭暈，甚至白血病。

新開發(fā)的傳感器被證實可以檢測到約200ppm的微量氣體。在使用板標記（我們日常生活中的揮發(fā)性氣體源）的實際實驗中，當標記被帶到傳感器的那一刻，視覺全息警報會立即彈出。

此外，研究團隊開發(fā)了一種一步式納米復合打印方法來生產這種柔性可穿戴的氣體傳感器。以前在硬基板上加工的超表面結構旨在通過彎曲或柔性基板上的一步納米鑄造工藝實現快速生產。

當使用這種方法制造的柔性傳感器像貼紙一樣貼在安全眼鏡上時，它可以檢測氣體并顯示全息報警。預計它將與蘋果、三星、谷歌和Facebook正在開發(fā)的玻璃型AR顯示系統(tǒng)集成。

更進一步，研究小組正在開發(fā)一種高性能環(huán)境傳感器，可以通過全息警報顯示周圍氣體或生化物質的類型和濃度水平，并且正在研究可以編碼各種全息圖像的光學設計技術。如果這些研究成功，它們可用于減少由生化或氣體泄漏引起的事故。

“這種新開發(fā)的超緊湊型可穿戴氣體傳感器提供了比傳統(tǒng)聽覺或簡單光警報更直觀的全息視覺警報，”Junsuk Rho教授說。“預計它在聲學和視覺噪音強烈的更極端的工作環(huán)境中特別有效。