Op koolstof gebaseerde luchtkwaliteitssensor

Wetenschappers hebben een zeer gevoelige en nauwkeurige stikstofdioxide (NO₂ ) sensor die levensreddende potentiële toepassingen heeft in huishoudelijke, openbare en industriële omgevingen. Langdurige blootstelling aan NO₂ - een belangrijke luchtverontreinigende stof die afkomstig is van verbrandingsmotoren en industriële processen - kan ademhalingsproblemen veroorzaken, die bijzonder ernstig en zelfs levensbedreigend kunnen zijn voor baby's en astmapatiënten. De gassensor kan nauwkeurige metingen van NO₂ . geven niveaus in de lokale omgeving in een betaalbaar en draagbaar Internet of Things-apparaat, dat kan worden gesynchroniseerd met smartphones en applicaties.

Monitoring van de luchtkwaliteit om blootstelling aan NO₂ . te voorkomen op parts-per-billion (ppb) niveaus is momenteel alleen mogelijk met logge, dure apparatuur en wordt daarom nauwelijks geïmplementeerd. Het doel van dit werk was om een ​​apparaat te maken dat gevoelig en nauwkeurig genoeg was om NO₂ onder de 20 ppb te detecteren. in de lucht, maar dat zou ook werken in echte situaties en handig en betaalbaar genoeg zijn om het potentieel voor wijdverbreid gebruik te hebben.

De doorbraak kwam toen het team een ​​NO₂ . ontwikkelde detectielaag op basis van een laser-gedeponeerde koolstofaerogel (LDCA), waarvan ze ontdekten dat deze een uitzonderlijke selectiviteit heeft voor NO₂ ten opzichte van andere veel voorkomende luchtverontreinigende stoffen, waardoor het uniek is onder koolstofnanomaterialen. Met behulp van een schaalbaar en goedkoop eenstaps laserproces wordt de dunne, poreuze en goed hechtende film van LDCA op elektroden afgezet, die vervolgens in een reeks apparaatstructuren kunnen worden ondergebracht voor continue luchtbewaking. De sensor is zo gevoelig dat hij bijna 10 ppb NO₂ . kan detecteren in minder dan 15 minuten en cruciaal, kan werken bij kamertemperatuur - zelfs goed presteren in vochtige omstandigheden, een problematische omgeving voor veel andere sensoren.

Net als condensatie op een ruit hebben nanomaterialen, zoals de koolstof die in deze ontwikkeling wordt gebruikt, bijna altijd oppervlaktewater. Normaal gesproken is dit negatief, omdat het de technologie verstoort, maar in dit geval kon het team de waterlaag in hun voordeel gebruiken om NO₂ selectief op te lossen. in plaats van andere vluchtige stoffen die normaal in omgevingscondities worden aangetroffen.

Mogelijke toepassingen voor de sensor zijn onder meer als veiligheidsapparaat om de luchtkwaliteit in de slaapkamer van een baby te bewaken, om te helpen bij het informeren van de beste wandel- of fietsroutes en tijden van de dag om hoge vervuilingsniveaus te vermijden, en zelfs door makelaars om toekomstige huizen te voorzien van kopers met informatie over de NO₂ niveaus in een huis en gebied.

De gegevens kunnen ook worden gebruikt in een nationale of wereldwijde database voor het monitoren van vervuiling om positieve actie op de luchtkwaliteit te bewerkstelligen.