Wetenschappers van de Universiteit van Sussex hebben samengewerkt met een bedrijf uit Oxford, M-SOLV, en een team van wetenschappers uit heel Europa om een ​​zeer gevoelige en nauwkeurige stikstofdioxide (NO ₂ ) sensor met levensreddend potentieel in huishoudelijke, openbare en industriële omgevingen. Een belangrijke luchtverontreinigende stof die afkomstig is van verbrandingsmotoren en industriële processen, langdurige blootstelling aan NO ₂ kan ademhalingsproblemen veroorzaken, die bijzonder ernstig en zelfs levensbedreigend kan zijn voor baby's en astmapatiënten.

De gassensor kan, Voor de eerste keer, nauwkeurige aflezingen van de NO ₂ niveaus in de lokale omgeving in een betaalbaar en draagbaar Internet-of-Things-apparaat, die kunnen synchroniseren met smartphones en applicaties.

Regelgeving van de Europese Unie staat een drempel van 20 delen per miljard (ppb) NO . toe ₂ in de lucht niet meer dan 18 keer per jaar mag worden overschreden. Echter, alleen in Londen, het maandgemiddelde ligt hier regelmatig boven. Monitoring van de luchtkwaliteit om dergelijke blootstelling op ppb-niveaus te voorkomen is momenteel alleen mogelijk met logge, dure apparatuur en wordt daarom niet breed toegepast.

De uitdaging waarmee de wetenschappers werden geconfronteerd, daarom, was om een ​​apparaat te maken dat gevoelig en nauwkeurig genoeg was om minder dan 20 delen per miljard NO . te detecteren ₂ in de lucht, maar die ook zou werken in reële situaties en die gemakkelijk en betaalbaar genoeg zou zijn om het potentieel voor wijdverbreid gebruik te hebben.

Hun doorbraak kwam toen ze een NO . ontwikkelden ₂ detectielaag op basis van een lasergedeponeerde koolstofaerogel (LDCA), waarvan ze vonden dat ze een uitzonderlijke selectiviteit hebben naar NO ₂ over andere veel voorkomende luchtverontreinigende stoffen, waardoor het uniek is onder koolstofnanomaterialen.

Met behulp van een goedkope, schaalbaar laserproces in één stap, de dunne, poreuze en goed hechtende film van LDCA wordt vervolgens afgezet op elektroden die kunnen worden ondergebracht in een reeks apparaatstructuren voor continue luchtbewaking. De sensor is zo gevoelig dat hij bijna 10 delen per miljard NO . kan detecteren ₂ in minder dan 15 minuten en, cruciaal, kan werken bij kamertemperatuur—zelfs goed presteren in vochtige omstandigheden, een problematische omgeving voor veel andere sensoren.

Professor Alan Dalton, die aan het hoofd staat van de Materials Physics-groep aan de Universiteit van Sussex, zegt:"Als condensatie op een ruit, nanomaterialen zoals de koolstof die we bij deze ontwikkeling hebben gebruikt, bijna altijd oppervlaktewater hebben. Normaal gesproken, dit is echt een slechte zaak omdat het de technologie verstoort, maar in dit geval we hebben deze laag water in ons voordeel kunnen gebruiken om NO . selectief op te lossen ₂ in plaats van andere vluchtige stoffen die normaal in omgevingscondities worden aangetroffen. Als fysicus, dit is echt spannend, omdat dit onze sensor zo'n hoge gevoeligheid voor NO . geeft ₂ in reële omstandigheden, ervoor te zorgen dat we fout-positieve metingen vermijden. Als vader, een van de dingen die me hebben gemotiveerd om deze ontwikkeling voort te zetten, was het horen van de invloed van gevaarlijke niveaus van NO ₂ in de lucht - iets wat we regelmatig zien in onze grote steden - over kinderziektes. Het is geen nieuws dat stedelijke omgevingen te maken hebben met hoge niveaus van vervuiling, maar zonder wijdverbreide en nauwkeurige monitoring van de luchtkwaliteit tasten de meesten van ons in het duister over hoe schadelijk de lucht in onze omgeving werkelijk zou kunnen zijn voor onszelf en onze kinderen."

Mogelijke toepassingen voor de sensor zijn:als veiligheidsvoorziening om de luchtkwaliteit in de babykamer te bewaken; om te helpen bij het informeren van de beste wandel- of fietsroutes en tijden van de dag om hoge vervuilingsniveaus te voorkomen; en zelfs door makelaars om potentiële huizenkopers te voorzien van informatie over het stikstofdioxidegehalte in een woning en gebied. De wetenschappers hopen dat de technologie door gemeenten zal worden gebruikt om de vervuilingsniveaus in stedelijke omgevingen en de industrie te volgen.

Peter Lynch, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Sussex die een sleutelrol speelde bij de ontwikkeling van sensoren, zegt, "Als een team van wetenschappers uit heel Europa, een van onze gezamenlijke doelen was om een ​​sensor te ontwikkelen die niet alleen fantastisch zou presteren buiten het lab, maar dat zou ook betaalbaar genoeg zijn om beschikbaar te zijn voor uw gemiddelde huishouden, ervoor te zorgen dat meer van ons toegang hebben tot informatie over de luchtkwaliteit in onze omgeving en van uur tot uur. Naast het helpen van individuen bij het maken van weloverwogen keuzes, we hopen dat deze gegevens ook kunnen worden gebruikt in een nationale, zelfs wereldwijde, database voor het monitoren van vervuiling, om positieve actie op de luchtkwaliteit te bewerkstelligen."

Adam Brunton, directeur bedrijfsontwikkeling bij M-SOLV, die de NO . vervaardigen ₂ sensor apparaat, zei, "Het mooie van deze sensor is dat hij is gemaakt met bekende apparatuur en materialen die we al hebben in onze Large Area Electronics Manufacturing Cleanroom hier in Oxford. Dit betekent dat hij compatibel is met standaard fabricagetechnieken voor smartphones en eenvoudig kan worden geïntegreerd met elektronica verwerken, draadloze communicatie, mobiele netwerken, etc. Op afstand toegang krijgen tot gegevens van een individueel apparaat of een enorm netwerk van deze sensoren is daarom een ​​vrij eenvoudig proces."