Geavanceerde Koolstofgebaseerde NO₂-sensor Verbetert Binnenluchtkwaliteitsmonitoring

Hooggevoelige Stikstofdioxide-sensor voor Lebenskredietende Toepassingen

Wetenschappers hebben een hooggevoelige en nauwkeurige stikstofdioxide (NO₂) sensor ontwikkeld met levensreddende potentiële toepassingen in domestieke, publieke en industriële omgevingen. Langdurige blootstelling aan NO₂ – een belangrijke luchtverontreiniging die afkomst is van verbrandingsmotoren en industriële processen – kan respiratoire problemen veroorzaken, die bij baby's en astmalijders bijzonder ernstig en levensbedreigend kunnen zijn. De gassensor kan nauwkeurige metingen van NO₂-niveaus in de lokale omgeving leveren in een betaalbaar en draagbaar Internet of Things-apparaat, dat kan synchroniseren met smartphones en applicaties.

Uitdaging en Doorbraak

Monitoring van luchtkwaliteit om blootstelling aan NO₂ op delen-per-miljard (ppb) niveau te voorkomen, is momenteel alleen mogelijk met onhandige, dure apparatuur en wordt daarom zelden geïmplementeerd. Het doel was een apparaat te creëren dat gevoelig en nauwkeurig genoeg is om onder 20 ppb NO₂ in de lucht te detecteren, maar ook in realistische situaties werkt en comfortabel en betaalbaar genoeg is voor wijdverspreid gebruik.

De doorbraak kwam toen het team een NO₂-sensorlaag ontwikkelde gebaseerd op laser-gedeponeerde koolstofaerogel (LDCA), die uitzonderlijke selectiviteit voor NO₂ ten opzichte van andere veelvoorkomende luchtverontreinigingen bleek te hebben, wat het uniek maakt onder koolstofnanomaterialen. Met een schaalbare en goedkope eén-staps laserproces wordt de dunne, poreuze en goed hechtende LDCA-film op elektrode gedeponeerd, die vervolgens in diverse apparaatstructuren gehuist kan worden voor continue luchtmonitoring. De sensor is zo gevoelig dat hij bijna 10 ppb NO₂ in minder dan 15 minuten kan detecteren en cruciaal: kan werken bij kamertemperatuur – zelfs goed presteren in vochtige omstandigheden, een problematische omgeving voor veel andere sensoren.

Waterlaag als Voordeel

Net als condens op een raam, hebben nanomaterialen als de koolstof in deze ontwikkeling bijna altijd oppervlaktewater. Normaal is dit een nadeel, want het interfereert met de technologie, maar in dit geval kon het team de waterlaag tot hun voordeel benutten om selectief NO₂ op te lossen in plaats van andere vluchtige stoffen die normaal in omgevingsomstandigheden voorkomen.

Toepassingen

Potentiële toepassingen zijn: veiligheidsapparaat om luchtkwaliteit in een babykamer te monitoren, helpen bij het kiezen van de beste wandel- of fietsroutes en tijden om hoge vervuiling te vermijden, en zelfs door makelaars om aankoopkandidaten informatie te geven over NO₂-niveaus in een huis en omgeving.

De data kan ook in een nationale of wereldwijde vervuilingsmonitoring-database voeden om positieve actie op luchtkwaliteit te stimuleren.