基于仿生蛙趾垫柔性电极的植物可穿戴式二氧化氮气体传感器

《Sensors and Actuators B: Chemical》：Amphibian toe pad-mimicking wearable plant gas sensor for nitrogen dioxide detection

本文开发了一种仿两栖动物趾垫结构的柔性气体传感器，通过物理嵌入多壁碳纳米管（MWCNTs）电极实现对二氧化氮（NO2

　　

亮点

材料与试剂

多壁碳纳米管（MWCNTs）溶液（纯度95%，外径5-15 nm，3 wt%水溶液）购自美国研究纳米材料公司。聚二甲基硅氧烷（PDMS，Sylgard 184）及其固化剂购自Sigma-Aldrich。E-shell 300树脂墨水购自Envision TEC。二氧化氮（NO₂，100 ppm，N₂平衡）、丙酮（C₃H₆O）、氨气（NH₃）、乙醇（C₂H₆O）、二氧化碳（CO₂）及一氧化碳（CO，99.995%）等标准气体均采用N₂作为平衡气。

仿生蛙趾垫气体传感器（AMG）的二氧化氮检测性能

为评估多壁碳纳米管电极在仿生图案化PDMS基底上的导电性及气体传感适用性，我们进行了电流-电压（I-V）特性测试。通过对电极左侧施加-3至3 V的电压扫描，确认从接触点（圆形端）到叉指电极末端（指状端）的导电连续性（图2a）。随后在电极右侧进行对称测量，结果显示线性I-V曲线，表明MWCNTs电极在PDMS基底上形成稳定欧姆接触。

结论

本研究成功构建了基于仿生蛙趾垫粘附层的柔性NO₂气体传感器（AMG）。通过EDS能谱、元素分布图和SEM图像分析，证实仿生六边形粘附层与MWCNTs电极分别均匀分布于PDMS基底两侧。I-V测试表明电极具有良好的电连接性。

作者贡献声明

Wonseok Lee：文稿审阅、研究监督、项目管理与概念设计。

Subi Jeon：方法论建立、实验操作与数据整理。

Da Wan Kim：文稿审阅、研究监督、项目管理与概念设计。

Seonyeop Kim：初稿撰写、可视化呈现、方法论建立、实验操作与数据整理。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本研究结果的财务或人际关系冲突。

致谢

感谢韩国国家研究基金会（NRF）由韩国政府（MSIT）资助的项目（编号RS-2023-00214236、RS-2023-00222737），以及韩国警察技术研究所（KIPoT）联合韩国海关署支持的"禁毒现场技术开发"项目（编号RS-2024-00406234）。

作者简介

Seonyeop Kim 是韩国国立交通大学化学工业学院IT能源融合系的硕士研究生，研究方向为气体传感器、电化学传感器与生物传感器。