你知道智能手機內置氣體傳感器嗎？

顆粒物對于肺和心臟的傷害是很大的，科學發明了一種用于檢測顆粒可內置于智能手機的氣體傳感器。為了使傳感器產生精確的測量和快速響應，弗勞恩霍夫科學家設計了一種強大的微型隔膜泵，將大氣空氣分布到傳感器上。

Fraunhofer研究所Martin Richter博士說，“我們的智能泵只有25平方毫米，是世界上最小的泵。也就是說，它仍然具有很高的壓縮比。”

Richter和他的同事們應用壓電效應將外加電場轉化為機械能，然后在泵腔內產生壓力。通過改變電壓，硅膜可以上下移動。硅膜允許大氣空氣通過閥門，壓縮泵腔內的空氣，隨后從腔室中排出空氣。

壓電效應增壓減少體積

傳統壓電式微隔膜泵利用空氣產生較低的壓力，但是壓電效應的不平衡表明，泵腔內需要更多的空間來移動硅膜，從而導致產生了更多的死體積，即腔室內的殘余氣體體積增多。Richter和他的同事們發明了一種減少泵的死體積和增加吸入能力的技術。

Richter說，利用壓電效應在裝配壓電陶瓷膜片時預加負荷，這樣做的好處是我們不再需要一個很深的泵腔，因為它不僅建立具有高壓縮比的泵，還使得泵體積更小。

除了隔膜外，泵腔和止回閥也由單晶硅構成，與塑料和金屬相比這是非常有利的。其中一個主要原因是非金屬也用于制造電腦芯片和太陽能電池，是柔性的。另一個原因是泵的各個部件可以非常精確地從硅層蝕刻出來，然后集成在一起。

然而，使用硅的主要缺點之一是成本高，因此，泵的尺寸必須保持相當小。Richter說“我們的目標是將泵的尺寸縮小到10平方毫米，才能使其批量生產有利可圖。”

提升傳感器響應和精度

目前，阻礙傳感器加入智能手機的因素是傳感器的反應時間過長。這點智能泵可以克服，因為它可以向氣體傳感器顯式地傳遞空氣，從而最大限度地減少反應時間從幾分鐘到只有2秒。例如，除了測量顆粒物濃度外，傳感器還可以檢測室內空氣是否有臭味，是否需要打開窗戶進行通風。

“從本質上講，智能手機還可以用來檢測呼吸來測量酒精含量。但是，這需要很高度的測量精度，否則，檢測結果會存在爭議，這個目前還沒有實現。”Richter說。

微泵可以有更多應用方向

舉一個例子，微泵也可以應用于醫學領域，作為一種醫療貼片來管理止痛藥或少量的激素，或作為植入物來幫助控制青光眼治療過程中眼睛內的壓力。除此之外，泵還可以用來向機器輸送精確的潤滑劑，這是一個應用程序，目前弗勞恩霍夫科學家正在與行業合作伙伴一起開發。

Richter和他的同事們的項目是弗勞恩霍夫發現資助計劃的一部份，弗勞恩霍夫基金會目標是通過向公司發放研究成果來加強德國的創新和職業前景。

“一個裝有智能泵的耳機可以在鼻子附近傳遞不同劑量的不同氣味，游戲業已經對此表示了興趣”Richter還說，“智能泵將是一個吸引的應用，能傳遞非常小而準確的氣體或液體劑量。