電化學(xué)氣體傳感器常被用于揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）檢測，但是單個(gè)電化學(xué)氣體傳感器無法對具有復(fù)雜成分的VOC進(jìn)行準(zhǔn)確分析，而通過將分子印跡聚合物（MIP）敏感層與傳感器陣列相結(jié)合，可以有效地解決該問題，加之其成本低、易于合成、性能穩(wěn)定和可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，MIP已被廣泛用于各類電化學(xué)氣體傳感器。
據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，日本九州大學(xué)（Kyushu University）的Kenshi Hayashi教授研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種基于MIP的一次性氣體傳感器陣列，能通過噴墨打印技術(shù)在低成本、環(huán)保和可回收的相紙上打印制成，可用于不同種類的VOC檢測，具有良好的穩(wěn)定性和靈活性。相關(guān)研究成果已發(fā)表于npj Flexible Electronics期刊。
Kenshi Hayashi教授研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新的氣體傳感器制備策略，使用相紙作為傳感器的柔性襯底，利用自制的功能性墨水（絕緣墨水、碳素墨水和MIP墨水），通過家用打印機(jī)在相紙上制備出全噴墨打印的柔性氣體傳感器陣列。該傳感器陣列包含：36個(gè)高密度布局的叉指電極；12個(gè)銀基電極，用于將叉指電極連接到電氣特性測試臺(tái)；用于執(zhí)行測量的丙烯酸樹脂（propenoic acid）絕緣層；基于MIP的氣敏層。
印刷電極陣列和傳感器陣列
電極、碳素墨水層、絕緣層和MIP層以堆疊結(jié)構(gòu)組成氣體傳感器陣列，這種堆疊結(jié)構(gòu)顯著減少了測量所需的電極數(shù)量，并使傳感器更容易集成到電子數(shù)據(jù)采集卡中。此外，在印刷電子產(chǎn)品中，與單層傳感器陣列結(jié)構(gòu)相比，這種堆疊結(jié)構(gòu)大大增加了單位面積的傳感器密度。
為了驗(yàn)證MIP的選擇性，研究人員使用聚丙烯酸（PAA）聚合物和四種模板VOC（丙烯酸、己酸、庚酸和辛酸）制備了四種MIP墨水，并采用固相微萃取氣相色譜—質(zhì)譜（SPME-GC-MS）方法對其選擇性進(jìn)行分析。結(jié)果表明，MIP樣品對相應(yīng)的模板分子具有很強(qiáng)的吸附能力。
MIP的選擇性
基于MIP的全噴墨打印氣體傳感器陣列具有高靈敏響應(yīng)、高穩(wěn)定性、可重復(fù)以及可恢復(fù)等特性。即使經(jīng)過1000次循環(huán)，該氣體傳感器陣列的電阻仍保持相當(dāng)穩(wěn)定，彎曲時(shí)間的延長也不會(huì)對其傳感性能產(chǎn)生負(fù)面影響，表明其具有良好的柔韌性和高機(jī)械強(qiáng)度。
氣體傳感器陣列的均勻性和選擇性
使用彎曲測試表征氣體傳感器陣列性能
該研究提供了一種低成本的MIP薄膜制備方法，未來還可以擴(kuò)展到其它VOC MIP材料開發(fā)領(lǐng)域中，應(yīng)用前景廣闊。
論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41528-022-00168-6
延伸閱讀：
《氣體傳感器技術(shù)及市場-2022版》
《印刷和柔性傳感器技術(shù)及市場-2021版》
《盛思銳氣體傳感器SGP40產(chǎn)品分析》
《盛思銳氣體傳感器SGP30產(chǎn)品分析》
