Wetenschappers van de Universiteit van Southampton, in samenwerking met het Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST), hebben een op grafeen gebaseerde sensor en schakelaar ontwikkeld die schadelijke luchtvervuiling in huis kan detecteren met een zeer laag stroomverbruik.

De sensor detecteert individuele CO2-moleculen en vluchtige organische stoffen (VOC) gasmoleculen die worden aangetroffen in bouw- en interieurmaterialen, meubels en zelfs huishoudelijke artikelen, die een negatieve invloed hebben op ons leven in moderne huizen met een goede isolatie.

Deze schadelijke chemische gassen hebben lage concentraties van ppb (parts per billion) niveaus en zijn uiterst moeilijk te detecteren met de huidige omgevingssensortechnologie, die alleen concentraties van delen per miljoen (ppm) kan detecteren.

In recente jaren, er is een toename van gezondheidsproblemen als gevolg van luchtvervuiling in persoonlijke woonruimtes, bekend als het Sick Building Syndrome (SBS), samen met andere aandoeningen zoals zieke auto en zieke schoolsyndromen.

De onderzoeksgroep, onder leiding van professor Hiroshi Mizuta, die een gezamenlijke aanstelling heeft aan de Universiteit van Southampton en JAIST, en dr. Jian Sun en assistent-professor Manoharan Muruganathan van JAIST, ontwikkelde de sensor om individuele CO2-moleculen die zijn geadsorbeerd (de binding van moleculen van een gas aan een oppervlak) op het gesuspendeerde grafeen (enkele atomaire laag koolstofatomen gerangschikt in een honingraatachtige hexagonale kristalroosterstructuur) één voor één te detecteren door een elektrische veld over de structuur.

Door de elektrische weerstand van de grafeenstraal te bewaken, de adsorptie en desorptie (waarbij een stof vrijkomt van of door een oppervlak) processen van individuele CO2-moleculen op het grafeen werden gedetecteerd als 'gekwantificeerde' weerstandsveranderingen (stapsgewijze verhoging of verlaging van de weerstand). In de studie, vandaag gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , het tijdschrift van de American Association for the Advancement of Science (AAAS), er kwam een ​​kleine hoeveelheid CO2-gas (gelijk aan een concentratie van ongeveer 30 ppb) vrij en de detectietijd bedroeg slechts enkele minuten.

Professor Mizuta zei:"In tegenstelling tot de commercieel beschikbare instrumenten voor milieumonitoring, deze extreme detectietechnologie stelt ons in staat om significante miniaturisatie te realiseren, wat resulteert in gewichts- en kostenreductie naast de opmerkelijke verbetering van de detectielimiet van de ppm-niveaus naar de ppb-niveaus."

Leden van de onderzoeksgroep, Dr. Harold Chong uit Southampton en Dr. Marek Schmidt en Dr. Jian Sun van JAIST, hebben onlangs ook op grafeen gebaseerde schakelaars ontwikkeld (gepubliceerd in het maartnummer van nanoschaal , het tijdschrift van de Royal Society of Chemistry) met behulp van een unieke dunne film ontwikkeld aan de Universiteit van Southampton.

de schakelaars, die opmerkelijk lage spanningen vereisen (minder dan drie volt), kan worden gebruikt om elektronische componenten op aanvraag van stroom te voorzien, de levensduur van de batterij van persoonlijke elektronische apparaten aanzienlijk verbeteren.

Professor Mizuta en de onderzoeksgroep streven er nu naar om de twee technologieën samen te brengen om ultra-low-power omgevingssensorsystemen te creëren die afzonderlijke moleculen kunnen detecteren.