（图示为ETH研究人员研制的微型二氧化碳传感器：一个带有薄薄一层高分子纳米颗粒复合材料的芯片。图片来源：Fabio Bergamin / ETH Zurich）

苏黎世理工学院的材料科学家们，与来自波茨坦胶体与界面马克斯普朗克研究所的科学家们一起，开发出一种新型的传感器，可以测量二氧化碳。与现有的传感器相比，这种传感器非常小，结构更简单，需要相当少的能量，并且具有完全不同的功能原理。新的传感器由最新开发的一种复合材料组成，其可以与二氧化碳分子相互作用，并根据环境中二氧化碳的浓度而改变其导电性。 ETH的科学家们已经制造出了使用这种材料的传感器芯片，使他们能够通过简单的电阻测量来决定二氧化碳的浓度。

该复合材料的基础是链状高分子（聚合物），其由称为离子液体的盐构成，在室温下这是液态和导电性的。这个聚合物的名字有些误导，因为它们被称为“聚（离子液体）”（PIL），虽然它们是固体而不是液体。

意想不到的性能

目前，来自世界各地的科学家们都正在研究这些PIL，以用于不同的应用，如电池和二氧化碳储存。从他们的工作可知，PIL可吸附二氧化碳。 “我们问自己，如果我们是否可以利用这个特性来获得二氧化碳在空气中的浓度信息，从而开发出新型气体传感器，”多功能材料实验室的博士生Christoph Willa说。

Willa和DorotaKoziej，该实验室团队的领队，最终获得了成功，通过混合聚合物与特定的无机纳米粒子，其同时也与二氧化碳反应。通过用这些材料进行实验时，科学家们能够生产复合材料。 “另外，无论是聚合物还是纳米颗粒，都不导电，”Willa说。 “但是，当以一定的比例组合他们，他们的电导率会迅速增加。”

材料中的化学变化

震惊科学家的不仅是这一点。他们还惊讶的是，在室温下复合材料的导电率对于二氧化碳的依赖性。 “到现在为止，抗化学物质只在几百摄氏度的温度下显示这些性质，”Koziej解释到。因此，由抗化学材料制成的现有二氧化碳传感器，不得不被加热到高的工作温度。随着新的复合材料出现，这变得没有必要，将会显著利于它的应用。

那么究竟电导率对二氧化碳的依赖性变化是如何产生的，目前尚不清楚；然而，科学家们已经发现了一种迹象，化学变化是由二氧化碳的预先存在而诱导的，这是发生在纳米颗粒与聚合物界面的纳米尺度的反应。 “我们认为，二氧化碳影响材料中的带电粒子的迁移率，”Koziej说。

潜水员的呼吸计

使用这种新的传感器，科学家能够测量到很宽范围内的二氧化碳浓度，从0.04％（体积分数）在地球大气层的浓度0.25％（体积分数）。

现有可检测二氧化碳的设备是测量光信号，并利用二氧化碳吸收红外光的原理。相比较而言，研究人员认为，新的材料可以开发更小的，更便携式的设备，而且需要较少的能量。据Koziej称，“便携式设备来测量潜水所呼吸的空气，高海拔登山或医疗应用程序在现在是可以想象的。”

新材料在线编译整理——翻译：Gary       校正：摩天轮