快速高靈敏的氣體泄漏監(jiān)測是航空航天、新能源、工業(yè)制造及醫(yī)療健康等領(lǐng)域中設(shè)備運(yùn)維保障體系建設(shè)的重要需求之一。現(xiàn)有的泄漏監(jiān)測技術(shù)在實(shí)時性、靈敏度、成本、功耗及體積等方面均存在技術(shù)瓶頸，因而亟需探索一種滿足上述指標(biāo)要求的氣體泄漏監(jiān)測新機(jī)理與新方法。

聲表面波技術(shù)作為一種微納尺度的聲學(xué)MEMS器件技術(shù)，是氣體傳感技術(shù)的重要分支。王文研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于聲阻抗效應(yīng)的聲表面波氣體泄漏新機(jī)制，用氣體負(fù)載產(chǎn)生的聲阻抗變化來調(diào)制聲表面波傳播，實(shí)現(xiàn)了對氣體泄漏的實(shí)時快速監(jiān)測，且具備微尺度、低功耗等特點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，基于聲阻抗效應(yīng)的泄漏傳感器成功實(shí)現(xiàn)了氫氣、氦氣、氬氣、氧氣、二氧化碳等氣體的快速(T₉₀<1s,T₁₀<0.5s)與寬量程(0-100%vol)泄漏檢測，同時該技術(shù)可實(shí)時動態(tài)地獲取呼吸速率、深度以及呼吸狀態(tài)等關(guān)鍵生理參數(shù)，在人體健康監(jiān)測領(lǐng)域也具有良好的應(yīng)用前景。

相關(guān)成果于2025年2月1日發(fā)表于國際著名學(xué)術(shù)期刊Nature工程領(lǐng)域子刊Communications Engineering。

本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃（No.2024YFE0199800）資助。

圖1 聲表面波聲阻抗效應(yīng)及氣體泄漏監(jiān)測機(jī)理（圖/中國科學(xué)院聲學(xué)研究所）

圖2 基于聲阻抗效應(yīng)的聲表面波氣體泄漏監(jiān)測（圖/中國科學(xué)院聲學(xué)研究所）

圖3 基于聲阻抗效應(yīng)的聲表面波實(shí)時呼吸監(jiān)測（圖/中國科學(xué)院聲學(xué)研究所）

關(guān)鍵詞：聲阻抗效應(yīng)；SAW;超快響應(yīng)與恢復(fù)；氣體監(jiān)測；呼吸監(jiān)測

參考文獻(xiàn)：Cui,B.,Wang,W.,Cheng,L.?et al.?Acoustic impedance-based surface acoustic wave chip for gas leak detection and respiratory monitoring.?Commun Eng4,15 (2025). DOI: 10.1038/s44172-025-00347-z.

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s44172-025-00347-z