米乐m6官方网站 开发了一种小型传感器，可以重复检测甲醛的出现

1. NIMS 与 AIST 合作开发了一种小型传感器，可以连续监测甲醛，甲醛会导致病态建筑综合症。以前，每次测量后都必须更换检测标签，但通过开发一种传感器材料，连续监测成为可能，该材料在暴露于甲醛时改变其电导率，并在暴露于清洁空气时恢复其原始电导率。通过与智能手机等相结合，有望实现持续检测甲醛气体发生的系统。
2. 用作建筑材料防腐剂的甲醛已成为一个问题，因为它会导致健康问题（病态建筑综合症），并且还被怀疑具有致癌性。因此，世界卫生组织建议室内甲醛浓度保持在008 ppm以下（注：1 ppm代表百万分之一的浓度）。然而，检测甲醛需要昂贵且大型的设备，而小型设备需要在每次测量后更换检测标签，这使得连续监测存在问题。
3. 该研究小组开发了一种传感器材料，可以利用碳纳米管（一种纳米材料）重复检测甲醛。碳纳米管具有半导体特性，可响应酸性气体而增加其电导率。甲醛本身是中性的，但通过与甲醛反应时产生微量酸性气体的物质结合，碳纳米管的电导率发生变化，就可以检测出甲醛。用电阻计测量电导率变化时，甲醛的检测限非常灵敏，为0016 ppm，并且用洁净空气去除酸性气体后，传感器可以重复使用。
4. 通过结合这种传感器材料和两个 LED，我们设计了一种小型设备原型，可以持续监测甲醛的出现。只有一颗 LED 连接到传感器材料，当传感器暴露于甲醛时，电导率会增加，因此只有一颗 LED 的亮度会增加。通过比较两个 LED 的亮度，我们能够检测到甲醛浓度为 09ppm。
   
5. 新开发的传感器材料可以轻松地集成到智能手机等通用电子设备中，因此通过将传感器与信息和通信技术相结合，有望为构建安全可靠的社会做出贡献，例如实时远程检测甲醛气体的出现。
6. 这项研究是与 Shinsuke Ishihara 共同进行的，他是 Frontier Molecules Group、NIMS 国际纳米建筑中心和 AIST 的首席研究员纳米材料研究部与 CNT 功能控制组合作进行。该研究结果将于2017年10月16日（当地时间）在线发表在美国化学会学术期刊ACS Sensors上。

　甲醛被用作建筑材料的防腐剂，但建筑材料释放的蒸气会导致健康问题（病态建筑综合症），这已成为一个问题。甲醛还被怀疑具有致癌性。因此世界卫生组织建议室内甲醛浓度为008ppm^（１）我们建议进行以下维护。

　检测甲醛的传感器已经上市，例如利用化学反应改变颜色的传感器，但其中许多价格昂贵且需要大型设备，或者每次测量后都需要更换检测标签，这给连续监测甲醛带来了问题。对于这些类型的传感器，每次都必须进行手动测量以检查是否存在有害物质。如果在意外情况下产生有害物质，则存在长期暴露于该物质的风险。因此，需要一种能够随时自动监测有害物质并在检测到有害物质时发出危险警告的传感器。

　被称为纳米材料之一单壁碳纳米管^（２）被合成为半导体和金属特性的混合物，但可以将半导体和金属类型分开。半导体单壁碳纳米管的电导率会响应酸性或碱性物质而发生显着变化，因此有望用作小型化学传感器。然而，甲醛是中性分子，几乎不改变半导体单壁碳纳米管的电导率，因此尚未见具有实用性能的使用单壁碳纳米管的甲醛传感器的报道。

　该研究小组正在研究甲醛蒸气（HCHO）和盐酸羟胺（NH₂OH∙HCl) 反应时生成盐酸气体 (HCl) 的化学反应（图 1a）。产生的少量盐酸气体会从半导体单壁碳纳米管中窃取电子，从而提高其电导率。当用清洁空气除去盐酸气体时，半导体单壁碳纳米管的电导率恢复到原始状态（图2a）。因此，可以通过测量半导体单壁碳纳米管桥接的电极之间的电阻来量化甲醛（图1b）。经过详细研究，我们发现，通过不直接混合盐酸羟胺和半导体单壁碳纳米管，而是通过将它们之间留有空间来排列，可以获得良好的甲醛响应（图1c）。甲醛蒸气和盐酸羟胺之间的反应是不可逆的，但如果使用几毫克盐酸羟胺，相对于甲醛的ppm浓度来说就过量了，因此甲醛蒸气会不断产生极少量的盐酸气体，使传感器可以长期重复使用（图2b）。

图1(a)甲醛与盐酸羟胺之间的化学反应 (b) 传感器配置 (c) 传感器创建方法

图 2 传感器可逆性 (a) 和长寿命 (b)。

当使用电阻计精确测量电导率的变化时，新获得的传感器能​​够在与实际使用相似的气氛（空气中，22℃，湿度36%）中检测到005ppm的甲醛，低于世界卫生组织设定的008ppm的标准值（图3）。检测限极其灵敏，检测限为 0016 ppm。

图 3 相对于甲醛 (005-67 ppm) 的电导率变化率。

此外，该传感器对甲醛表现出高选择性；甲醛浓度为019 ppm时，电导率增加约12%，但水蒸气、甲醇蒸气、甲苯蒸气等数百至数千ppm时，电导率仅下降1-7%（图4）。也就是说，这款传感器对于甲醛可以说具有极高的选择性和辨别能力。

图 4 对甲醛和其他蒸气的反应比较

　通过将这种传感器材料整合到仅由电池、发光二极管和固定电阻组成的简单电子电路中，我们还制作了一种可以持续监测甲醛的小型设备原型（图 5）。将用盐酸羟胺修饰的传感器和固定电阻器并联放置，并分别连接发光二极管。传感器的初始电阻值设置为约20kΩ，与固定电阻相同。在传感器暴露于甲醛之前，两个发光二极管看起来具有相同的亮度。传感器暴露于甲醛会增加传感器的电导率，从而增加连接到传感器的发光二极管的亮度。换句话说，两个发光二极管之间的亮度差异表明甲醛的存在。我们相信，如果我们修改电路，就可以使蜂鸣器发声或无线传输信息。这个简单的装置能够检测出超过 09 ppm 的甲醛。我们希望该产品能够对医疗场所和工厂等经常处理甲醛（或福尔马林溶液）的工作场所的员工健康管理有所帮助。我们也相信，通过进一步提高传感器材料的灵敏度，未来一定能够达到世界卫生组织设定的标准值（008 ppm）。

图 5 (a) 使用简单传感器检测甲醛 (b) 电路图

通过适当选择化学反应，我们希望能够开发出能够持续监测甲醛以外有害物质的传感器材料。像我们开发的那样，具有可变电导率的小型化学传感器具有易于集成到智能手机等通用电子设备中的优点。未来，我们希望通过推动化学传感器与信息通信技术的融合，为建设安全放心的社会做出贡献。

　标题：使用 SWCNT 和羟胺安培检测亚 ppm 甲醛：参考化学电阻系统
　作者：Shinsuke Ishihara、Jan Labuta、Takashi Nakanishi、Takeshi Tanaka 和 Hiromichi Kataura
杂志：ACS 传感器
发布日期和时间：2017年10月16日（当地时间）

(1) ppm

百万分之一的缩写，其中 1 ppm 代表百万分之一的浓度。例如，将一滴（003 mL）物质添加到全浴（300 L）中时，浓度为 01 ppm。[返回参考源]

(2)单壁碳纳米管

碳同位素之一，是由单层石墨烯片制成的一维材料，形状为圆柱体，具有导电或半导电特性。作为纳米材料，它正在引起人们的关注。[返回参考源]

这项研究和开发得到了日本学术振兴会科学研究（S）“完全控制碳纳米管的物理性质和应用（FY2013-FY2013）”的支持。