集成有毒气体传感器的NFC标签和智能手机进行通信
引言
无论是从个人安全，还是公共安全的角度，对于有毒气体的监测，都十分重要。然而，现有的有毒气体监测设备，通常昂贵，笨重，庞大，难操作，不便携。所以，科学家们开发了一种新型化学材料，通过电导率的变化，监测有毒气体，并通过NFC技术，让智能手机读取测量值。
研究简介
最近，科学家们开了一种化学传感材料，当暴露于有毒气体中时，其电导率会动态增加。另外，研究小组将传感器材料集成进近场通讯 （NFC）标签的电子电路中，类似嵌入智能卡中。通过此项技术，智能手机在5秒钟内，就可以快速监测到低浓度有毒气体（10 ppm）。
有毒气体监测的必要性和目前瓶颈
监测使用的化学传感材料
研 究小组所开发的化学传感器材料，主要是碳纳米管（CNTs）。IntelligentThings之前也在 章中，提到过这种材料，例如在“‘水凝胶’触 摸板诞生：未来应用前景广阔”一 （点此阅读）中就提及：“碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学，电学和化学性 能。” 然而，这种材料除了具有CNTs，在CNTs外部还包裹着超分子聚合物，这些单体簇通过弱相互作用结合在一起。
该化学材料监测有毒气体的原理
当材料暴露于亲电子的有毒气体中，它的电导率会增加至原来的3000倍。CNTs自身就是高导电物质，但是当它们被超分子聚合物包裹时，就像绝缘体，变成不良导体。超分子聚合物的设计，让位于分子中的弱束缚，在遇到有毒气体时分离，从而拆分开包裹的分子。所以，原来高导电状态的CNTs恢复功能。电导率的变化程度，和有毒气体浓度以及接触持续时间成正比，并且电导率很容易通过普通商用电阻表进行测量。
传感器的制作和NFC技术的应用
有毒气体传感器，就是通过集成化学传感材料到商用NFC标签中而制成，然后在智能手机上读取测量值。用户可以通过持有NFC兼容的智能手机，与嵌入传感器的NFC标签通信，来判断是否存在有毒气体。但是，前提是确保两个设备之间通信完好。传感器是一次性的，1克化学感知物质可制成400万个传感器。所以，它具有低成本量产的可行性。
未来展望
在未来的研究中，研究人员计划通过对于超分子聚合物的结构进行修改，从而开发监测各种有毒化学物质的传感器，且灵敏度更高、更快速、更容易。
他们也开发一种系统，可以选择和化学传感器应用兼容的无线通信技术类型（根据通信的距离，功耗等等），并且将化学传感器和云技术相结合，更好的监测有毒气体。
研究团队
这个研究小组由前沿分子组，国际纳米结构材料研究所（MANA），日本国立材料研究所 （NIMS）的 Shinsuke Ishihara 高级研究员，和麻省理工学院（MIT）的Timothy M. Swager教授等科学家构成。这项研究由MIT开展，日本社会科学促进会的国外研究博士后项目支持。研究发表在2016年6月23日的美国化学学会杂志上。
参考资料
【1】http://www.nims.go.jp/eng/news/press/2016/08/201608240.html
【2】 “Ultratrace Detection of Toxic Chemicals: Triggered Disassembly of Supramolecular Nanotube Wrappers”; Shinsuke Ishihara, Joseph M. Azzarelli, Markrete Krikorian, Timothy M. Swager; J. Am. Chem. Soc., 2016, 138 (26), pp 8221–8227, DOI: 10.1021/jacs.6b03869
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