Kohlenstoffbasierter Luftqualitätssensor

Wissenschaftler haben ein hochempfindliches und genaues Stickstoffdioxid (NO₂) entwickelt ) Sensor, der lebensrettende potenzielle Anwendungen in häuslichen, öffentlichen und industriellen Umgebungen hat. Langfristige Exposition gegenüber NO₂ – ein bedeutender Luftschadstoff, der aus Verbrennungsmotoren und industriellen Prozessen stammt – kann Atemprobleme verursachen, die für Babys und Asthmatiker besonders schwerwiegend und sogar lebensbedrohlich sein können. Der Gassensor könnte genaue Messwerte von NO₂ liefern Ebenen in der lokalen Umgebung in einem erschwinglichen und tragbaren Gerät für das Internet der Dinge, das mit Smartphones und Anwendungen synchronisiert werden kann.

Überwachung der Luftqualität, um eine Exposition gegenüber NO₂ zu vermeiden im Bereich von Teilen pro Milliarde (ppb) ist derzeit nur mit unhandlichen, teuren Geräten möglich und wird daher kaum umgesetzt. Das Ziel dieser Arbeit war es, ein Gerät zu schaffen, das empfindlich und genau genug ist, um unter 20 ppb NO₂ zu erkennen in der Luft, aber das würde auch in realen Situationen funktionieren und bequem und erschwinglich genug sein, um das Potenzial für eine weit verbreitete Verwendung zu haben.

Der Durchbruch kam, als das Team ein NO₂ entwickelte Sensorschicht basierend auf einem laserabgeschiedenen Kohlenstoff-Aerogel (LDCA), das eine außergewöhnliche Selektivität gegenüber NO₂ aufweist gegenüber anderen gängigen Luftschadstoffen, was es einzigartig unter den Kohlenstoff-Nanomaterialien macht. Unter Verwendung eines skalierbaren und kostengünstigen einstufigen Laserprozesses wird der dünne, poröse und gut haftende LDCA-Film auf Elektroden abgeschieden, die dann in einer Reihe von Gerätestrukturen zur kontinuierlichen Luftüberwachung untergebracht werden können. Der Sensor ist so empfindlich, dass er bis zu 10 ppb NO₂ erkennen kann in weniger als 15 Minuten und, was entscheidend ist, kann bei Raumtemperatur betrieben werden – sogar unter feuchten Bedingungen, eine problematische Umgebung für viele andere Sensoren.

Wie Kondenswasser auf einer Fensterscheibe haben Nanomaterialien wie der in dieser Entwicklung verwendete Kohlenstoff fast immer Oberflächenwasser. Normalerweise ist dies negativ, da es die Technologie stört, aber in diesem Fall konnte das Team die Wasserschicht zu seinem Vorteil nutzen, um NO₂ selektiv aufzulösen anstelle von anderen flüchtigen Stoffen, die normalerweise unter Umgebungsbedingungen zu finden sind.

Mögliche Anwendungen für den Sensor könnten sein als Sicherheitsgerät zur Überwachung der Luftqualität in einem Babyzimmer, zur Information über die besten Wander- oder Fahrradrouten und Tageszeiten, um hohe Schadstoffbelastungen zu vermeiden, und sogar von Immobilienmaklern zur Bereitstellung eines potenziellen Hauses Käufer mit Informationen zum NO₂ Ebenen in einem Haus und Gebiet.

Die Daten könnten auch in eine nationale oder weltweite Datenbank zur Überwachung der Umweltverschmutzung eingespeist werden, um positive Maßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität zu ergreifen.