劍橋《AFM》：噴墨打印高穩定和靈敏度的氣體傳感器！

特定分析物的選擇性和高溫操作是化學(xué)電阻型氣體傳感器面臨的主要挑戰?；パa的混合材料（例如用金屬氧化物裝飾的還原氧化石墨烯（rGO））可以實(shí)現具有靈敏度增強的室溫傳感器。然而，識別目標氣體和從氣體混合物中準確測量濃度的傳感器培訓仍然非常具有挑戰性。

來(lái)自劍橋大學(xué)的學(xué)者提出了rGO與CuCoOx二元金屬氧化物作為傳感材料的雜化。使用噴墨打印演示了具有*0 ppb檢測范圍的高度穩定的室溫NO2傳感器。然后開(kāi)發(fā)一個(gè)框架，用于具有良好可見(jiàn)性的機器智能識別，以識別特定氣體并從單個(gè)傳感器預測干擾氣氛下的濃度。本文使用從傳感器響應中提取的十個(gè)唯一參數，然后利用基于機器學(xué)習的分類(lèi)器提供了一個(gè)準確率為*8.1%的決策邊界，最終能夠正確預測干擾環(huán)境中以前看不見(jiàn)的NO2濃度。這種方法可以在混合環(huán)境中實(shí)現可打印的室溫氣體傳感器的智能平臺，并且可以不管環(huán)境濕度。相關(guān)文章以“Inkjet-Printed rGO/binary Metal Oxide Sensor for Predictive Gas Sensing in a Mixed Environment”標題發(fā)表在A(yíng)dvanced Functional Materials。

論文鏈接：

圖1. a) 本文配制的rGO/CuCoOx墨水的圖像。b) 具有印刷的rGO/CuCoOx傳感層和 Ag 叉指電極 (IDE) 的氣體傳感器裝置的圖像。c,d) rGO/CuCoOx雜化材料的 FE-SEM 圖像 e) rGO/CuCoOx的 HR-TEM 圖像和 f,g) 放大圖像。h) rGO/CuCoOx復合材料的 STEM 圖像。rGO/CuCoOx的 i) C、j) O、k) Co 和 l) Cu 的 EDS 元素圖。

圖2. rGO/CuCoOx傳感器的氣體傳感特性。所有測量均在室溫下進(jìn)行。a) rGO/CuCoOx氣體傳感器對不同 NO2濃度（*0 ppb 至 1 ppm）的動(dòng)態(tài)氣體響應。b) NO 2的氣體響應總結圖。c) 基于rGO/CuCoOx的傳感器的十億分之一級 (*0 ppb) NO2傳感性能。d) rGO/CuCoOx傳感器在注入 2*0 ppb NH*時(shí)的氣體響應：綠色，2*0 ppb ；NO 2與 2*0 ppb NH *的混合物：天藍色；NO 2（2*0 ppb）在潮濕空氣（10% 和20% 相對濕度）下：紫藍色；潮濕空氣（10、20 和 *0% 相對濕度）：珊瑚色。

圖*. a) 主成分分析 (PCA) 的輔助分類(lèi)的數據準備示意圖。b) 從所有氣體響應測量中提取的十個(gè)參數的平行坐標圖：NO 2相關(guān)組（海軍藍：NO 2；天藍色：潮濕空氣下的 NO 2 ；青色：NO 2和 NH *的混合物），潮濕空氣（珊瑚色) 和 NH * (綠色)。c) 十個(gè)提取參數的主成分加載分數。d)五種不同類(lèi)型的目標氣體（NO 2、潮濕空氣、NH *、潮濕空氣下的NO 2以及NO 2和NH *的混合物）的PCA散點(diǎn)圖。

圖4. 用于分類(lèi)和回歸的 PCA 輔助機器學(xué)習 (ML) 結果。a) * 個(gè)不同組（NO2、潮濕空氣、NH *、潮濕空氣下的NO 2以及NO 2和NH *的混合物）的決策圖，通過(guò)應用k最近鄰（kNN）模型進(jìn)行分類(lèi)折疊驗證（k= *）。b) 來(lái)自 kNN 分類(lèi)結果的五種不同目標氣體的混淆矩陣。c) NO 2和 d) 相對濕度 (RH)的預測氣體濃度與實(shí)際氣體濃度的關(guān)系。e) NO 2在 PC 空間中預測濃度的回歸面。

本文提出了一種完全噴墨打印的石墨烯-BMO復合室溫氣體傳感器的新策略，用于混合環(huán)境下的預測傳感。本文系統地優(yōu)化和表征了合成的rGO/CuCoOx材料，結果顯示：Cu2O和Co2O*在rGO上均勻分布的緊密堆積簇。使用這種材料的二元溶劑型油墨進(jìn)行均勻印刷，本文展示了具有*0 ppb檢測限的高穩定和靈敏的室溫NO2傳感器。此外，本文還使用單個(gè)基于rGO / CuCoOx的傳感器開(kāi)發(fā)了一個(gè)機器智能識別框架，在識別特定氣體和預測其在干擾氣氛下的濃度方面表現出很高的準確性。此外，本文提出的回歸模型能夠正確預測未經(jīng)訓練的NO2和濕度濃度。本文的研究結果為混合環(huán)境中的室溫氣體檢測提供了一種強大的解決方案，無(wú)論環(huán)境濕度如何，都可只使用一個(gè)傳感器解決。（文：SSC）

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