香港科技大學研發用于智能家居的無線自供電氣體傳感器網絡

現如今，隨著物聯網(IoT)和5G無線通信網絡等通信平臺的飛速發展，能夠實時監測化學品安全和個人健康的智能氣體傳感器網絡的構建已成為可能。然而，這一應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。

香港科技大學范智勇教授等人報道了一種自供電的集成納米結構氣體傳感器(SINGOR)系統和無線連接的SINGOR網絡。基于硅太陽電池，室溫工作的SINGOR系統可由室內光驅動，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SINGOR由一組納米結構傳感器組成，具有氣體模式識別和分類的能力。作者通過將多個SINGOR系統無線連接成傳感器網絡，成功地展示了其可燃氣體泄漏檢測和報警功能。此外，該系統還能以高精度實現房間內的氣體泄漏定位。該研究以題為“Wireless Self-Powered High-Performance Integrated Nanostructured-Gas-Sensor Network for Future Smart Homes”的論文發表在《ACS nano》上。

文章亮點：

(1)作者通過集成高性能氣體傳感模塊、自供電的電源模塊、用于數據處理的MCU和用于無線數據傳輸的藍牙單元，成功開發了一種室內光驅動的SINGOR系統。通過與太陽能電池和鋰離子電池集成，該系統即使在光強度相對較弱的室內也實現了自供電功能，非常適合室內環境監測。

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

(3)作者借助機器學習算法，使得傳感器陣列具備氣體分類功能，并構建了一個智能氣體傳感網絡，成功展示了智能家居在氣體泄漏報警和定位方面的應用。

這項研究有望推動納米結構氣體傳感器網絡在智能家居/建筑和未來智能城市等廣泛應用領域的發展。