De wereld is de afgelopen eeuwen steeds meer geïndustrialiseerd, waardoor de massa allerlei soorten technologie en gemakken heeft gekregen. Werknemers in industriële omgevingen lopen echter vaak het risico te worden blootgesteld aan veel gevaarlijke gassen, zoals stikstofdioxide (NO₂ ). Het inademen van dit gas kan leiden tot ernstige luchtwegaandoeningen zoals astma en bronchitis, en kan de gezondheid van industriële werknemers ernstig in gevaar brengen. Constante monitoring van NO₂ niveaus zijn dus nodig om een ​​veilige werkplek te garanderen.

Om hierbij te helpen zijn er veel soorten selectieve gassensoren ontwikkeld met behulp van verschillende organische en anorganische materialen. Sommige daarvan, zoals gaschromatografiesensoren of elektrochemische gassensoren, zijn zeer geavanceerd, maar toch duur en omvangrijk. Aan de andere kant lijken resistieve en capacitieve sensoren op basis van halfgeleiders een veelbelovend alternatief te zijn, waarbij organische halfgeleidergassensoren (OSC) een goedkope en flexibele optie vertegenwoordigen.

Niettemin kampen deze gassensoren nog steeds met enkele prestatieproblemen, waaronder een lage gevoeligheid en slechte stabiliteit voor sensortoepassingen.

Tegen deze achtergrond ging een team van onderzoekers uit Korea, onder leiding van professor Yeong Don Park van de afdeling Energie en Chemische Technologie van de Incheon National University, op zoek naar innovatieve strategieën om OSC NO₂ sensortechnologie naar een hoger niveau.

Hun onderzoek werd gepubliceerd in Chemical Engineering Journal .

Daartoe stelde het team een ​​hybride organisch-anorganisch gassensorontwerp voor, gebaseerd op de combinatie van een geleidend organisch polymeer en perovskiet-nanokristallen. Ze hebben een CsPbBr₃ opgenomen perovskiet in een geleidende polymeermatrix om de gasdetectieprestaties te verbeteren terwijl de detectiesnelheid behouden blijft.

Ze hebben het oppervlak van de perovskiet-nanokristallen verder gemodificeerd met zwitterionische polymeerliganden. Eenmaal gehydrateerd verbeterden deze liganden de affiniteit van de sensor voor NO₂ aanzienlijk gasmoleculen, wat resulteert in een verbeterde absorptie.

Uit verdere experimenten bleek dat het voorgestelde ontwerp beter presteerde dan conventionele sensoren in termen van chemische gevoeligheid voor NO₂ . Bovendien was hun systeem zeer goed bestand tegen oxidatie, dankzij de beschermende werking van de perovskiet-nanokristallen. Het is dus bestand tegen opslag in omgevingsomstandigheden gedurende meerdere weken, wat een indrukwekkende duurzaamheid en een groter potentieel voor installatie op de lange termijn laat zien.

"Onze bevindingen suggereren een nieuwe aanpak voor de ontwikkeling en het ontwerp van gassensoren op basis van verschillende materiaalcomposieten om zowel superieure gevoeligheid als selectiviteit te bereiken", benadrukt prof. Park, terwijl hij de resultaten bespreekt.

Gegeven dat OSC's zo kunnen worden ontworpen dat ze flexibel, lichtgewicht en relatief goedkoop zijn als ze in massa worden geproduceerd, zouden ze de weg kunnen vrijmaken voor de wijdverbreide adoptie van gassensoren in verschillende contexten.

"Behalve specifieke instellingen zoals industriële locaties, kunnen OSC-gassensoren individuen in staat stellen gemakkelijk toegang te krijgen tot informatie over de luchtvervuilingsniveaus via alledaagse apparaten zoals smartwatches", legt prof. Park uit. Hij voegt er verder aan toe:"Bovendien hebben deze sensoren het potentieel om de diagnostische technologie vooruit te helpen door de vroege detectie van medische aandoeningen te vergemakkelijken. Daarom hebben ze niet alleen potentieel voor de industriële veiligheid, maar ook op het gebied van voedselveiligheid, monitoring van chemische stoffen en medische aandoeningen." diagnose."

Meer informatie: Duho Jang et al., Polymere grensvlaktechniekbenadering van met perovskiet gefunctionaliseerde organische transistorgassensoren, Chemical Engineering Journal (2023). DOI:10.1016/j.cej.2023.145482

Journaalinformatie: Tijdschrift voor chemische technologie

Aangeboden door Incheon National University