全球變暖已成為世界各地政府及機構關注的一個重要議題，尤其是包括197個國家在內的國際氣候變化“巴黎協定”。人類正在努力制定負責任的能源消耗指南，并鼓勵研究替代能源。同時，為了確保溫室氣體（GHG）減排工作取得預期的效果，需要一系列高效、通用且具有成本效益的傳感系統來監測當地溫室氣體的排放量。因此，這將涉及標準化設備，以幫助地方政府根據特定地區的溫室氣體水平促進謹慎的能源消耗，并幫助環境工程研究人員開發清潔能源替代品。
溫室氣體的氣候影響
目前，已開發了多種方法來測量大氣中二氧化碳及其它溫室氣體的濃度，包括：紅外分析和測壓法；滴定法；傅立葉變換光譜法；以及化學電阻、電化學、非色散紅外、光學、聲學、量熱或氣相色譜傳感器等方法。不過，上述溫室氣體檢測中常見傳感器存在的局限性，限制了它們的廣泛測定。據麥姆斯咨詢介紹，為了促進全新技術的發展，哈佛醫學院、布列根和婦女醫院以及韓國國家氣象科學研究所氣候研究部的研究人員在Advanced Sensor Research期刊上發表了一篇題為“Significance of Various Sensing Mechanisms for Detecting Local and Atmospheric Greenhouse Gases: A Review”的綜述文章，研究人員在綜述中強調了改進現有溫室氣體監測技術局限性和潛力的豐富策略。
具有活性材料涂覆懸臂梁的微機械傳感器、SAW傳感器、光聲傳感器以及采用納米材料的新型傳感器示例
溫室氣體傳感器根據采用傳統儀器可改進的分析機制進行了細致的分類，主要包括光譜儀（類型：傅里葉變換紅外光譜法、拉曼光譜法、基于光學的方法、基于質量的方法）和半導體材料類。隨著業界對接近傳統器件選擇性和靈敏度的新型納米材料的探索，已開發出了更具成本效益的方法。本綜述廣泛調研了更現代的溫室氣體傳感器，包括微機械傳感器、SAW傳感器、光聲傳感器和超聲傳感器；集成到這些單元中的各種聚合物或納米顆粒材料，以提高傳感器的通用性、功能和準確性；以及現代3D生物打印方法。通過分析不同類型的溫室氣體，并突出每種技術的優缺點，探索了區分大氣溫室氣體的經驗方法。研究人員還特別概述了正在研究中的幾種實驗策略，以高效、靈敏、低成本地全球性檢測溫室氣體。
傅里葉變換紅外（FTIR）光譜儀溫室氣體觀測系統
非色散紅外（NDIR）溫室氣體傳感器
此外，研究人員還概述了被認為適用于在環境（包括極端）溫度下捕獲或吸附某些溫室氣體的新型2D或3D材料，包括石墨烯、過渡金屬二硫族化物、Xenes、金屬有機框架（MOF）和共價有機框架（COF）材料等，這些材料有望為改進氣體傳感器材料鋪平道路。
噴墨和3D打印在傳感器制造中的應用
這篇綜述還重點介紹了全球正在進行的溫室氣體傳感器研究，旨在通過比較近期和即將興起的傳感器技術，實現更通用、更高成本效益的方法，以高靈敏度提供準確的溫室氣體檢測，緩解全球氣候變暖。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adsr.202300094
