气体感应技术对抗危险化学品泄露

来自西班牙University of Navarra的科学家和欧洲光子创新中心ACTPHAST 4R的科研人员正在合作开发能够在工业环境中检测致命的和具有高度爆炸性化学品的技术。这个团队正在努力建立一个演示系统，完全依靠光学技术，并能够采用光学感测，它能够识别化工厂的有毒和爆炸性溶剂。

这个新器件使用光纤来监测空气质量，为具有电气特性（和潜在易燃性）组件的传感器提供了替代方案。除了在禁止用电的地区提供解决方案外，这项技术还旨在提高化学监测程序的安全概率。

这项工作的动力源于目前缺乏技术来实时对油箱中挥发性有机化合物（VOS）的自动检查。这些化学物质通常储存在巨型存储罐中，其在室温下会迅速蒸发，当它们与摩擦或静电相互作用时，这些化学物质可能会爆炸。这给负责监测存储罐中存在化学蒸汽或液体化学物质的工人带来了严重的风险，因为这些工人需要爬进存储罐内部。虽然电子传感器技术确实存在，可以执行这些测量并监控潜在的有害化学品，但传感器需要加热到 150°C 以上才能实现这些功能。

另外，由于电子传感器还使用金属氧化物，它们在化学溶剂的运输过程中使用是不安全的;当暴露于挥发性有机化合物时，半导体金属氧化物会出现电阻率的变化。即使是安全的使用，它们操作速度可能很慢，并且无法实时交付测量结果。 与之前的系统不同，这个新系统侧重于确定覆盖层与敏感涂层之间的相互作用，以及这种相互作用在有毒物质存在的情况下产生独立的、可读信号的能力。

University of Navarra示范项目主要研究员Cesar Elosua Aguado说：“空气传感器使用光纤进行挥发性有机化合物的检测是一个重大的科学突破概念。我们仍然使用金属氧化物，但我们的系统着眼于感测材料的折射率，而不是导电率的变化。” 氧化锌覆盖在传感器表面，当传感器暴露在有害物质中时与其发生反应。覆盖层模组是光信号的组件，其通过分布式布拉格反射在覆盖层附近传播（而不是直接穿过），从而允许与周围介质进行相互作用。

因此，传感器实际上是与有毒物质发生反应。Aguado说，顺着传感器被捕获的唯一分子是有害气体分子。气体反应的程度，称为"灵敏度"，取决于每种存在的VOC分子的独有特性。事实上，金属氧化物和挥发性有机化合物之间的反应机制是一种可逆的氧化还原反应，由于这些材料的选择性较低，它们对多种溶剂的反应具有不同的灵敏度。这意味着具有不同反应的传感器组合在一起为每种可能存在的 VOC 形成特定的模式。Aguado说，最终传感器反应系统将训练人工智能系统来确定特定的样品类型以及确定它们的浓度。Aguado指出这个器件处于‘预原型演示阶段’。他说虽然尚未推出产品，但它有潜力将先进技术投入到针对特定工业中的应用中。

ACTPHAST 4R 由European Commission和Photonics Public-Private-Partnership支持，属于 " Horizon 2020"创新行动计划的一部分。它结合了24个欧洲光子技术中心的工艺和能力。

原文链接