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可生物降解的ZnO纳米线可穿戴式柔性紫外线光电探测器
来源:柔智烩 2022-12-06 156
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    集成传感器的可穿戴系统在包括健康监测,康复,机器人中的电子皮肤,环境监测,物联网(IoT)等广泛场景中具有巨大的市场前景。其中很多应用需要具有成本效益的一次性传感器,用于短期或单次测量。

    二同时人类又面临着许多具有挑战性的环境问题。电子废物或电子废物等很少需要紧急关注以保护生态系统。电子废物由垃圾电子产品组成,是当今世界面临的关键环境问题之一。成本下降的趋势和ICT小工具执行我们日常活动的需求不断增长,导致消费电子设备的使用增加。这导致了全球电子废物的空前增长。例如,在2019年,全球产生了5360万吨的电子废物。冠状病毒(COVID-19)大流行进一步加剧了“电子垃圾海啸”,导致虚拟工作成为新常态。

    电子废物的处置,再利用和回收需要大量的资源。此外,在电子学开发过程中会产生大量的化学废物(例如,在光刻和化学蚀刻等期间)。因此,在电子产品开发期间和使用寿命结束后都需要注意,以减轻我们面临的对环境可持续性的严重威胁。

    基于此,由Ravinder Dahiya教授领导的可弯曲电子和传感技术(BEST)研究小组提出了环保材料和资源节约型制造路线,以开发可穿戴式紫外线(UV)剂量计,这些剂量计在使用后可以安全处理,因此不会对环境造成不利影响。 在这项工作中使用可持续材料和零或低废物制造工艺将引发对瞬态电子产品的进一步研究,并有助于减少电子产品对环境的不利影响。

    可穿戴设备中的一次性传感器也有助于克服与耐洗性相关的典型挑战。同样,一次性传感器可以帮助满足健康监测应用中的卫生要求。

    在这些要求的推动下,Dahiya教授和同事们在柔性、可生物降解的基板上展示了基于ZnO纳米线的高性能紫外光电探测器。开发的可穿戴一次性设备可以精确测量紫外线强度。选择传感(ZnO纳米线)和基底(壳聚糖)材料,使器件在洗涤传感器集成衣服时在水中无害降解。

    壳聚糖作为基材具有出色的化学稳定性,良好的光学透明度,更大的机械柔韧性和优异的生物降解性。同样,ZnO纳米线具有明显的优势,例如(i)具有成本效益的合成,(ii)对紫外线高度敏感,(iii)环境友好性,(iv)生物相容性和(v)生物降解性。此外,用于一次性传感器的制造步骤是环保的,可扩展的和资源效率。这些包括壳聚糖基绿色基材的轻松合成,ZnO纳米线的喷涂以及实现接触电极的丝网印刷。因此,无论是在传感器的开发过程中还是在其使用寿命结束时,都会产生可忽略不计的电子废物。

    不受控制的紫外线照射是皮肤癌的主要原因。过量暴露还可能损害基因的DNA,从而损害皮肤细胞的生长。到达地球表面的紫外线辐射量因地区而异。季节性紫外线强度波动、辐射泄漏和不同的地理位置使紫外线检测极具挑战性。便携式紫外线传感器的开发已经做出了重大的研究工作,这些传感器具有新颖的外形尺寸,包括柔性和/或可拉伸。因此,许多可穿戴和一次性消费类紫外线传感器已经开发出来,并在市场上买到。然而,可处置性并不一定意味着可生物降解性,这是许多报告设备低于预期的地方,并且没有完全解决日益严重的电子废物(E-waste)问题。Dahiya教授及其同事展示了高性能的一次性可穿戴光电探测器,在制造过程中以及使用寿命结束后对环境没有不利影响。

    开发的高性能,保形和一次性光电探测器已被证明可以监测紫外线辐射的暴露,这被认为是发展为非黑色素瘤和黑色素瘤皮肤癌的主要危险因素之一。此外,该设备可以集成在非平面表面上,例如衣服或皮肤,用于可穿戴剂量测定。这种可穿戴和一次性贴片可用于在登山活动等各种环境条件下实时监测紫外线辐射。最后,这种一次性和柔性紫外线光电探测器对于安全通信和环境监测应用至关重要。

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