Science >> Wetenschap >  >> Chemie

Een nieuwe neusachtige sensor snuift giftig ammoniakgas op

Het team gebruikte een goedkope en schaalbare techniek om superdun tindioxide op een basismateriaal af te zetten, zelfs op een flexibel materiaal, wat bij andere benaderingen lastig te realiseren was. Credit:Seamus Daniel, RMIT

Ingenieurs in Australië hebben een kleine ammoniakgassensor ontwikkeld die een veiligere waterstofopslag en gespecialiseerde medische diagnostische apparaten mogelijk zou kunnen maken.



De eenvoudige maar effectieve proof-of-concept-sensor beschreven in Geavanceerde functionele materialen is het resultaat van de samenwerking tussen onderzoekers van RMIT University, de University of Melbourne en het ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS).

Blootstelling aan hoge niveaus van ammoniak kan leiden tot chronische longaandoeningen en onomkeerbare orgaanschade.

Wereldwijd wordt naar schatting 235 miljoen ton ammoniak geproduceerd, maar nu ammoniak wordt aangeprezen als een van de beste manieren om waterstof op te slaan voor schone brandstof, zullen we er wellicht nog veel meer van zien. Betrouwbare en gevoelige ammoniakdetectie zal essentieel zijn om potentieel gevaarlijke lekken van ammoniakgas tijdens het transport van waterstof snel op te sporen en zo een veilige werking te garanderen.

Maar hoewel menselijke blootstelling aan ammoniak schadelijk kan zijn, wordt het gas ook aangetroffen in de menselijke adem en kan het dienen als een essentiële biomarker voor de diagnose van vele ziekten, zoals nier- en levergerelateerde aandoeningen. Aangezien de sensor van het team kleine hoeveelheden ammoniak kan meten, zou deze kunnen worden ontworpen om het gas in de adem van mensen te detecteren om artsen te waarschuwen voor gezondheidsproblemen.

Hoe de sensor werkt

Senior hoofdonderzoeker Dr. Nitu Syed zei dat de sensor atomair dun transparant tindioxide bevat dat gemakkelijk ammoniak kan volgen op veel kleinere niveaus dan vergelijkbare technologieën.

"Ons apparaat fungeert als een elektrische 'neus' door zelfs de kleinste hoeveelheid ammoniak efficiënt te detecteren", zegt Syed, McKenzie Research Fellow van de Universiteit van Melbourne, RMIT en TMOS. "De sensor kan ammoniak ook met meer selectiviteit onderscheiden van andere gassen dan andere technologieën."

De aanwezigheid van ammoniak in de lucht verandert de elektrische weerstand van de tinoxidefilm in de sensor:hoe hoger het ammoniakniveau, hoe groter de verandering in de weerstand van het apparaat.

Hoofdonderzoekers dr. Nitu Syed, dr. Ylias Sabri en dr. Chung K. Nguyen (van links naar rechts) in hun laboratorium aan de RMIT University. Credit:Seamus Daniel, RMIT

Het team voerde experimenten uit met hun sensor in een speciaal ontworpen kamer om het vermogen ervan te testen om ammoniakgas in verschillende concentraties (5-500 delen per miljoen) te detecteren onder verschillende omstandigheden, waaronder temperatuur. Ze testten ook de selectiviteit van ammoniak van het apparaat ten opzichte van andere gassen, waaronder kooldioxide en methaan.

Eerste auteur Dr. Chung K. Nguyen van RMIT zei dat hun geminiaturiseerde sensor een veiligere en minder omslachtige manier bood om het giftige gas te detecteren, vergeleken met bestaande technieken.

"De huidige benaderingen van ammoniakdetectie leveren nauwkeurige metingen op, maar vereisen dure laboratoriumapparatuur met gekwalificeerde technici, uitgebreide bemonstering en voorbereiding", aldus Nguyen. "Dit proces is vaak tijdrovend en niet draagbaar vanwege de omvang van de benodigde apparatuur. Bovendien brengt de productie van de hedendaagse ammoniakdetectoren dure en gecompliceerde processen met zich mee om gevoelige lagen voor te bereiden op de fabricage van sensoren."

De nieuwe sensor van het team kan onmiddellijk onderscheid maken tussen veilige en gevaarlijke ammoniakniveaus in de omgeving, aldus Nguyen.

"De reproduceerbare afzetting van tinoxide biedt ook de mogelijkheid voor kosteneffectieve massaproductie van sensorapparatuur", merkte hij op.

Hoe de sensor is gemaakt

Co-senior hoofdonderzoeker Dr. Ylias Sabri, van RMIT's School of Engineering, zei dat het team een ​​goedkope en schaalbare techniek gebruikte om superdun tindioxide op een basismateriaal af te zetten – zelfs op een flexibel materiaal, een resultaat dat andere benaderingen tegenkwamen. uitdagingen bij het bereiken.

"We oogsten rechtstreeks een tinoxidefilm van het oppervlak van gesmolten tin bij 280 graden Celsius. De film is 50.000 keer dunner dan papier", zei Sabri. "Onze aanpak vereist slechts één enkele synthesestap, zonder het gebruik van giftige oplosmiddelen, vacuüm of omvangrijke en dure instrumenten."

Het team wil graag samenwerken met partners uit de industrie om de sensor verder te ontwikkelen en te prototypen om zijn hoogwaardige detectiemogelijkheden te demonstreren. "De fabricagemethode sluit goed aan bij de bestaande productieprocessen in de siliciumindustrie, waardoor deze geschikt is voor massaproductie." P>

Meer informatie: Chung Kim Nguyen et al., Instant-in-Air vloeibaar metaal bedrukt ultradun tinoxide voor hoogwaardige ammoniaksensoren, Geavanceerde functionele materialen (2023). DOI:10.1002/adfm.202309342

Geleverd door RMIT University




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Invasieve soorten klinken over dreigende veranderingen in het ecosysteem
  2. Ontdekking van gewasgenen raakt de wortel van voedselzekerheid
  3. Zeldzame aardkers kan binnenkort overal zijn,
  4. De genetische basis en het proces van inteeltdepressie bij een elite hybride rijst
  5. Wetenschappelijke evaluatie van neushoorndiëten verbetert dierentuin
  6. RNA's verborgen potentieel:nieuwe studie onthult zijn rol in het vroege leven en toekomstige bio-engineering
  7. Koolwaterstofafbrekende schimmel geeft zijn geheimen prijs
  8. Designer-eiwitten die genetisch materiaal verpakken, kunnen helpen bij het leveren van gentherapie
  9. Wat is het voordeel van het gebruik van vlekken om naar cellen te kijken?

Wetenschap