清潔用品、蠟燭、嬰兒床和化妝品等都是會釋放甲醛的常見家庭物品。甲醛是一種無色、有刺激性氣味的化學物質，研究發現當空氣中濃度超過0.1 mg/m3時就會對人體健康構成風險。
據麥姆斯咨詢報道，為了讓室內空氣質量監測更加普及，美國卡內基梅隆大學的研究人員開發了一種耐久的低成本室內甲醛氣體傳感器。該基于MXene的甲醛氣體傳感器添加了獨特的聚合物涂層，不僅使其半衰期延長200%，還能在性能開始下降時實現再生。
MXene是一類化合物，因其優異的電氣性能和多樣的表面化學特性，在儲能和氣體傳感領域展現了巨大的應用潛力。盡管具有這些優勢，但MXene極易氧化（尤其是在暴露于空氣和/或濕氣中時），這對基于MXene的空氣質量監測傳感器構成了重大挑戰。
卡內基梅隆大學的研究成果發表在Science Advances期刊。這項新研究通過將MXene封裝在聚合物涂層中克服了這一挑戰?？▋然仿〈髮W機械工程教授Rreeja Jayan領導的研究團隊利用化學氣相沉積法（CVD），將氣化的前驅體材料泵入一個裝有MXene傳感器的真空室。熱氣體在冷傳感器上凝聚形成納米涂層，其方式類似于在炎熱天氣下冰冷水杯表面凝結水珠的過程。
基于MXene的氣體傳感器結構及制造示意圖
沒有聚合物涂層，MXene傳感器僅能使用兩個月，但采用聚合物涂層之后，該MXene傳感器的有效工作時間超過了五個月。
傳感機理示意圖
該研究論文的第一作者、機械工程博士生Shwetha Sunil Kumar解釋稱：“我們發現該聚合物層還能促進一種化學反應，使MXene傳感器能夠檢測空氣中更低濃度的甲醛。由于新分子形成使傳感器更敏感，我們開始思考，當MXene傳感器性能開始退化時，能否通過促進更多這些分子的形成來幫助傳感器再生?！?/span>
果然，研究團隊發現通過在傳感器壽命即將終結時引入濕度，可以使傳感器恢復約90%的傳感能力。
“我們合成的聚合物層具有良好的介電性且高度絕緣，可以作為有效的結構屏障?！盧reeja Jayan教授解釋稱，“這使得我們的傳感器既穩定又可持續?！?/span>
由土木與環境工程助理教授Jerry Wang進行的模擬實驗進一步證明了該傳感器的有效性。通過測試大量不同分子通過聚合物層中的速度，團隊確認聚合物層能迅速減緩氧氣和水分滲透。
Rreeja Jayan教授相信這些材料可以應用到其它器件上，以提升使用壽命和性能。她目前正在開發類似技術以延長電池的壽命和安全性。
卡內基梅隆大學大氣顆粒物研究中心主任、論文合著者Albert Presto認為，這項技術可以使室內空氣質量傳感器多功能化。該傳感器可以輕松與手機或智能家居設備連接，隨著持續的開發，他認為傳感器總有一天可以直接涂裝到墻壁上或縫入我們的衣物中，以實現持續監測。
“室內空氣質量往往被忽視?！彼f，“我們生活在一個到處都是塑料的世界里，這會對人體健康產生負面影響。我們希望人們更加關注室內污染物，以便他們能夠做出明智的決定。只有這樣我們才能改善室內空氣質量并消除相關的健康風險?！?/span>
論文信息：
DOI: 10.1126/sciadv.adu6682
