基于摩擦放电光学发射现象的自供电多维气体检测方案

以下文章来源于Zi Lab ，作者付璟璟、訾云龙

气体成分和压力的检测对于生产生活都具有十分重要的作用。在众多检测方法中，气体的光学发射光谱法因其极高的灵敏度和良好的选择性和快速响应等特点被认为是一种极佳的解决方案。但随着物联网的快速发展，人们对气体传感器在便携性，安全性和环境友好等方面提出了越来越高的要求。因此传统的光学发射光谱法中因其高度依赖高压源而造成的诸如体积大、能耗高、风险大等不可避免的缺点，成为限制其发展并急待解决的重要问题。

基于此，近日香港科技大学（广州）訾云龙教授团队提出了一种基于摩擦放电光学发射现象的自供电多维气体检测方案，该方案可以将环境中的机械能转化为千伏级电压来激发气体放电，通过分析发射光谱和放电图像可以确定特定气体的成分和压力。该方案的本质原理在于摩擦放电产生的发射光谱中蕴含着包括气体成分、压力、混合比例在内的大量信息。同时，研究发现放电图像中光弧的光强，颜色以及放电面积也与气体环境密切相关。通过进一步引入机器学习算法，基于发射光谱的系统可以同时识别60种气体成分和气体压力，准确率高达97.67%。利用放电图像，该系统也可以实现气体压力、种类和混合比例的检测，准确率分别为97.34%、98.12%和98.43%。综上所述，该项工作不仅加深了我们对摩擦放电的光学发射现象的理解，而且提出了一个可行且方便的检测气体氛围的方案，为智能自供电气体传感网络奠定了基础。

相关成果以题为“Optical Emission from Triboelectric Gas Discharge toward Self-powered Gas Sensing”发表在国际期刊《Advanced Optical Materials》上。香港中文大学付璟璟博士为本文第一作者，香港科技大学（广州）訾云龙教授为通讯作者。

图示：基于摩擦放电光学发射现象的自供电多维气体检测方案。该方案可以将环境中的机械能转化为~kV级别的电压从而激发气体放电，并产生包括发射光谱和放电图像。

转自：“i学术i科研”微信公众号

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