水晶笼子创造了不同寻常的“非接触式”传感器

　　吸附水的结晶笼在传感器领域得到了意想不到的应用。这些超分子结构可以作为“非接触式”传感器，通过简单地检测皮肤周围的湿度。该研究的主要作者、在沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学工作的Niveen Khashab解释说，这种传感器“对湿度变化表现出了非凡的反应”。她补充说，这是一种更有前途的非接触式技术。

　　有机笼可以对手指周围的湿度做出反应，从而创建一个非接触式界面

　　非接触式技术可以改变我们与电脑和其他机器的互动方式。自新冠疫情爆发以来，人们对非接触式传感器的兴趣急剧上升——市场预测到2026年销售额将增加两倍，达到376亿美元(300亿英镑)。传统上，非接触式传感器使用“物理”刺激，如红外辐射、超声波或电容。在这种情况下，化学反应是关键。英国剑桥大学研究超分子笼的专家乔纳森·尼奇克说:“湿度传感器能探测到手指的存在，这很有创意。”“我以前从未听说过这种应用。”

　　由Khashab和合作者创造的化学笼具有少数渴望水的官能团。特别的是，质子化胺覆盖在腔体的内部，而外部则用羧基装饰——两者都是对水分敏感的部分。卡沙布解释说:“人体皮肤会自然释放水分，(我们的)传感器会捕捉到水分的变化。”她补充说，检测湿度“可以实现一种更自然、更直观的非接触式互动”，而不是纯粹依靠接近或手势。“我们通过近100次试验来评估我们的非接触式屏幕的性能，并始终达到100%的正确率。”

　　日本京都大学(Kyoto University)超分子化学专家古川修平(Shushei Furukawa)说，这篇论文是化学发现的一个伟大的工程演示。在低湿度条件下，笼子表面有少量的水分子，受到与水分敏感基团形成的氢键的限制。这限制了它们的流动性，这与高电阻有关。湿度的增加使更多的水分子积聚在笼子里，这反过来改变了氢键网络。他解释说:“多孔有机笼中的水吸附现象转化为质子传导，因此电阻率发生了变化。”

　　对于Furukawa来说，这一发现打开了非接触式技术应用于其他材料的可能性。他说:“任何具有高吸附和解吸动力学的吸水多孔材料都可以起作用。”这包括金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)，它们尚未被用于此类应用。问题可能是可加工性，Furukawa解释道。他说:“由于(这种晶体)笼子的性质，它很容易被加工成一种电子设备，(它)显示出高度稳定的传感性能。”

　　在西班牙巴塞罗那纳米科学和纳米技术研究所从事超分子结构研究的博士后研究员Arnau carn

　　Sánchez也认为，这种笼的可加工性明显优于mof等其他材料。他解释说:“传统多孔材料制造设备的主要缺点之一是可加工性差。”“本研究中的结晶笼可溶于水，因此可以使用最先进的‘滴铸’技术。”“这是一种形成薄膜的简单方法，只需将固体溶液滴在物体表面，然后蒸发溶剂。”carn

　　Sánchez补充说，最终，这些笼子“被构造到传感器表面，促进了一个有用设备的制造”。他说:“当研究人员分析了电子反应作为设备与手指之间距离的函数时，他们发现它非常准确，而且可重复。”此外，反应的快速动力学产生了“超快响应”，并提高了传感器的恢复能力。根据作者的说法，恢复时间在1到3秒之间徘徊，传感器表现出“非凡的稳定性”，在800多个循环中显示出成功的测量。

　　当传感器检测湿度时，当环境条件超过一定限制时，设备就会出现问题。Khashab说，在平均环境湿度为60%的情况下，传感器对指尖的反应很好。然而，如果环境湿度高于皮肤附近的湿度，传感器就不能可靠地工作，这将限制其使用。古川解释说:“电阻的变化更小，因此灵敏度也更低。”然而，这是第一次概念验证。在未来，对超分子结构的修改可能会超越这些缺点——也许会创造出具有不同化学基团的晶体笼，在高度潮湿的条件下工作得更好。此外，mof和COFs等材料也可以提供其他选择。Furukawa补充说:“不同的可加工多孔材料具有更多的疏水孔，在更高的湿度下仍然可以吸附水。”

　　Khashab的团队创造了一个简单的非接触式屏幕，以及一个非接触式“密码管理器”设备，类似于智能手机上的图案屏幕锁。后者包含了一组25个湿度传感器，所有传感器都对手指的接近做出反应——这不仅可以提高安全性，还可以提高安全性，因为它消除了被指纹标记在表面的风险。Khashab说，超分子笼的设计“表明传感器很容易扩展”。

　　尼奇克解释说:“它们是相对便宜的材料和制造工艺。”“在我看来，它是可扩展的!””

　　费尔南多Gomollón贝尔是一位科学作家和传播者

　　出生于英国剑桥。查看完整档案