Полностью струйный принтер

npj Flexible Electronics, том 6, номер статьи: 40 (2022 г.) Цитировать эту статью

2277 Доступов

7 цитат

Подробности о метриках

Был использован метод изготовления матрицы датчика газа, полностью напечатанной струйной печатью на фотобумаге. Матрица электродов, состоящая из 36 встречно-штыревых электродов высокой плотности, которые легко интегрировать, была изготовлена ​​с использованием комбинации изолирующих чернил и коммерческих серебряных чернил. Чернила из полимера с молекулярным отпечатком (MIP) затем были изготовлены с использованием простого метода смешивания раствора, и эти чернила были напечатаны вместе с чернилами сажи на матрице электрода для завершения изготовления датчика. Наконец, экспериментальное динамическое зондирование летучих органических соединений подтверждает, что для обнаружения газов, соответствующих молекулам шаблона MIP, слой MIP обеспечивает улучшение как чувствительности, так и селективности по сравнению со слоями полимера без импринтинга. Матрица может обеспечить отклик более 20% на 3 ppm газа пропеновой кислоты за счет регулировки времени печати для слоев технического углерода и слоя MIP.

Летучие органические соединения (ЛОС) существуют в воздухе внутри и снаружи помещений1. Длительное воздействие содержащихся в воздухе ЛОС будет иметь неблагоприятные последствия для здоровья человека и может вызвать так называемый синдром больного здания2,3. Кроме того, кожа и части человеческого тела также производят некоторое количество ЛОС4. Производство этих ЛОС зависит от пола, возраста, генетики, физиологического состояния и пищевых привычек5,6. Поэтому разработка простого, но эффективного метода мониторинга ЛОС, особенно для мониторинга ЛОС при комнатной температуре, важна для таких областей, как мониторинг качества воздуха, мониторинг здоровья человека и медицинская диагностика. Традиционно ЛОС анализировали методом газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ-МС)7. Однако из-за недостатков ГХ-МС, например, высокой стоимости, большого объема и анализа не в реальном времени, необходимо разработать датчики для обнаружения органических соединений. Недавно для обнаружения ЛОС были разработаны датчики, в том числе датчики локализованного поверхностного плазмонного резонанса (LSPR)8, датчики кварцевого микровеса (QCM)9, датчики поверхностных акустических волн10 и датчики оксидов металлов11.

Газовые датчики хемирезисторного типа широко исследовались и использовались для обнаружения ЛОС из-за их преимуществ, включающих экономическую эффективность, простой механизм измерения и легкую интеграцию12. Их принцип работы заключается в том, что когда целевой газ существует, он может затем взаимодействовать с чувствительным материалом посредством ковалентной связи, водородных связей или молекулярного распознавания, вызывая изменение сопротивления чувствительного материала13. Затем газ можно обнаружить путем измерения сопротивления чувствительного материала. Базовый газовый датчик с хемирезистором состоит из набора встречно-штыревых электродов и чувствительного слоя, который покрывает электроды14,15. Распространенные методы изготовления чувствительного слоя включают нанесение капельным покрытием16, центрифугирование17, трафаретную печать18 и струйную печать19. Среди этих методов важной областью исследований становится разработка хемирезисторных газовых сенсоров на гибких подложках с использованием струйной печати20,21. Этот метод привлек широкое внимание, поскольку преимущества этого типа датчика включают высокую чувствительность мониторинга, малый вес, хорошую гибкость и удобство проектирования22,23.

Однако ЛОС состоят из сложной матрицы химических веществ, независимо от того, происходят ли эти ЛОС из загрязнителей воздуха24 или различных частей человеческого тела25, включая низкомолекулярные жирные кислоты, альдегиды, спирты, кетоны, простые и сложные эфиры. Датчик газа с одним хемирезистором является неспецифическим датчиком и не может выполнять более точный анализ ЛОС сложного состава. Использование чувствительного слоя молекулярно-импринтированного полимера (MIP) в сочетании с сенсорной матрицей может эффективно решить эту проблему26. Эта технология может реализовать избирательное распознавание молекул газа. Молекулярный импринтинг представляет собой эффективный подход к созданию шаблонов распознавания различных форм и размеров для молекул-мишеней27. MIP представляют собой трехмерные полимерные сети, полученные путем сополимеризации функциональных мономеров со сшивающими агентами в присутствии целевых молекул28. Когда молекулы шаблона удаляются из полимерной сети путем промывания или нагревания, образуются наноразмерные полости, аналогичные молекулам шаблона29,30. Используя эти весьма специфические полости, MIP были применены в качестве высокоселективных чувствительных слоев в некоторых газовых сенсорах31. Когда целевая молекула находится в полости трехмерной полимерной структуры, это вызывает изменение сопротивления материала; затем изменения измеряются и преобразуются в наблюдаемые электрические сигналы. MIP широко используются в газовых сенсорах с хемирезисторами из-за их низкой стоимости, простоты синтеза, стабильной работы и возможности повторного использования32.