香港科技大學(xué)研發(fā)用于智能家居的無線自供電氣體傳感器網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)如今，隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和5G無線通信網(wǎng)絡(luò)等通信平臺(tái)的飛速發(fā)展，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測化學(xué)品安全和個(gè)人健康的智能氣體傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建已成為可能。然而，這一應(yīng)用場景要求氣體傳感器具備包括小型化、低成本、超低功耗、卓越的靈敏度和高智能性等特性。

香港科技大學(xué)范智勇教授等人報(bào)道了一種自供電的集成納米結(jié)構(gòu)氣體傳感器(SINGOR)系統(tǒng)和無線連接的SINGOR網(wǎng)絡(luò)?；诠杼栯姵?，室溫工作的SINGOR系統(tǒng)可由室內(nèi)光驅(qū)動(dòng)，其對氫氣、甲醛、甲苯和丙酮具有超高的靈敏度，檢測下限分別為10、2、1和1 ppb。每個(gè)SINGOR由一組納米結(jié)構(gòu)傳感器組成，具有氣體模式識(shí)別和分類的能力。作者通過將多個(gè)SINGOR系統(tǒng)無線連接成傳感器網(wǎng)絡(luò)，成功地展示了其可燃?xì)怏w泄漏檢測和報(bào)警功能。此外，該系統(tǒng)還能以高精度實(shí)現(xiàn)房間內(nèi)的氣體泄漏定位。該研究以題為“Wireless Self-Powered High-Performance Integrated Nanostructured-Gas-Sensor Network for Future Smart Homes”的論文發(fā)表在《ACS nano》上。

文章亮點(diǎn)：

(1)作者通過集成高性能氣體傳感模塊、自供電的電源模塊、用于數(shù)據(jù)處理的MCU和用于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃{(lán)牙單元，成功開發(fā)了一種室內(nèi)光驅(qū)動(dòng)的SINGOR系統(tǒng)。通過與太陽能電池和鋰離子電池集成，該系統(tǒng)即使在光強(qiáng)度相對較弱的室內(nèi)也實(shí)現(xiàn)了自供電功能，非常適合室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測。

(2)納米結(jié)構(gòu)的Pd / SnO 2 / AAO傳感器具有高的表面積/體積比，可與氣體分子進(jìn)行有效的表面相互作用，這有助于在室溫下實(shí)現(xiàn)高感測性能。所制造的傳感器能以低功耗實(shí)現(xiàn)對H 2(10 ppb)、甲醛(2 ppb)、甲苯(1 ppb)和丙酮(1 ppb)的低檢測極限。

(3)作者借助機(jī)器學(xué)習(xí)算法，使得傳感器陣列具備氣體分類功能，并構(gòu)建了一個(gè)智能氣體傳感網(wǎng)絡(luò)，成功展示了智能家居在氣體泄漏報(bào)警和定位方面的應(yīng)用。

這項(xiàng)研究有望推動(dòng)納米結(jié)構(gòu)氣體傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能家居/建筑和未來智能城市等廣泛應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。