全球變暖已成為世界各地政府及機(jī)構(gòu)關(guān)注的一個(gè)重要議題，尤其是包括197個(gè)國家在內(nèi)的國際氣候變化“巴黎協(xié)定”。人類正在努力制定負(fù)責(zé)任的能源消耗指南，并鼓勵(lì)研究替代能源。同時(shí)，為了確保溫室氣體（GHG）減排工作取得預(yù)期的效果，需要一系列高效、通用且具有成本效益的傳感系統(tǒng)來監(jiān)測當(dāng)?shù)販厥覛怏w的排放量。因此，這將涉及標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備，以幫助地方政府根據(jù)特定地區(qū)的溫室氣體水平促進(jìn)謹(jǐn)慎的能源消耗，并幫助環(huán)境工程研究人員開發(fā)清潔能源替代品。

溫室氣體的氣候影響

目前，已開發(fā)了多種方法來測量大氣中二氧化碳及其它溫室氣體的濃度，包括：紅外分析和測壓法；滴定法；傅立葉變換光譜法；以及化學(xué)電阻、電化學(xué)、非色散紅外、光學(xué)、聲學(xué)、量熱或氣相色譜傳感器等方法。不過，上述溫室氣體檢測中常見傳感器存在的局限性，限制了它們的廣泛測定。

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，為了促進(jìn)全新技術(shù)的發(fā)展，哈佛醫(yī)學(xué)院、布列根和婦女醫(yī)院以及韓國國家氣象科學(xué)研究所氣候研究部的研究人員在Advanced Sensor Research期刊上發(fā)表了一篇題為“Significance of Various Sensing Mechanisms for Detecting Local and Atmospheric Greenhouse Gases: A Review”的綜述文章，研究人員在綜述中強(qiáng)調(diào)了改進(jìn)現(xiàn)有溫室氣體監(jiān)測技術(shù)局限性和潛力的豐富策略。

具有活性材料涂覆懸臂梁的微機(jī)械傳感器、SAW傳感器、光聲傳感器以及采用納米材料的新型傳感器示例

溫室氣體傳感器根據(jù)采用傳統(tǒng)儀器可改進(jìn)的分析機(jī)制進(jìn)行了細(xì)致的分類，主要包括光譜儀（類型：傅里葉變換紅外光譜法、拉曼光譜法、基于光學(xué)的方法、基于質(zhì)量的方法）和半導(dǎo)體材料類。隨著業(yè)界對接近傳統(tǒng)器件選擇性和靈敏度的新型納米材料的探索，已開發(fā)出了更具成本效益的方法。

本綜述廣泛調(diào)研了更現(xiàn)代的溫室氣體傳感器，包括微機(jī)械傳感器、SAW傳感器、光聲傳感器和超聲傳感器；集成到這些單元中的各種聚合物或納米顆粒材料，以提高傳感器的通用性、功能和準(zhǔn)確性；以及現(xiàn)代3D生物打印方法。通過分析不同類型的溫室氣體，并突出每種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，探索了區(qū)分大氣溫室氣體的經(jīng)驗(yàn)方法。研究人員還特別概述了正在研究中的幾種實(shí)驗(yàn)策略，以高效、靈敏、低成本地全球性檢測溫室氣體。

傅里葉變換紅外（FTIR）光譜儀溫室氣體觀測系統(tǒng)

非色散紅外（NDIR）溫室氣體傳感器

此外，研究人員還概述了被認(rèn)為適用于在環(huán)境（包括極端）溫度下捕獲或吸附某些溫室氣體的新型2D或3D材料，包括石墨烯、過渡金屬二硫族化物、Xenes、金屬有機(jī)框架（MOF）和共價(jià)有機(jī)框架（COF）材料等，這些材料有望為改進(jìn)氣體傳感器材料鋪平道路。

噴墨和3D打印在傳感器制造中的應(yīng)用

這篇綜述還重點(diǎn)介紹了全球正在進(jìn)行的溫室氣體傳感器研究，旨在通過比較近期和即將興起的傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更通用、更高成本效益的方法，以高靈敏度提供準(zhǔn)確的溫室氣體檢測，緩解全球氣候變暖。

審核編輯：劉清