_ Senzorii fabricați din cutie de „fum înghețat” detectează formaldehida toxică în case și birouri

Cercetătorii au dezvoltat un senzor realizat din „fum înghețat” care utilizează tehnici de inteligență artificială pentru a detecta formaldehida în timp real la concentrații de până la opt părți per miliard, cu mult peste sensibilitatea dintre majoritatea senzorilor de calitate a aerului din interior.

Cercetătorii, de la Universitatea din Cambridge, au dezvoltat senzori fabricați din materiale foarte poroase cunoscute sub numele de aerogeluri. Prin proiectarea precisă a formei găurilor din aerogeluri, senzorii au reușit să detecteze amprenta formaldehidei, un poluant comun al aerului din interior, la temperatura camerei.

Senzorii de dovadă a conceptului, care necesită putere minimă, ar putea fi adaptată pentru a detecta o gamă largă de gaze periculoase și ar putea fi, de asemenea, miniaturizată pentru aplicații portabile și de îngrijire a sănătății. Rezultatele sunt raportate în revista Science Advances.

Compușii organici volatili (COV) sunt o sursă majoră de poluare a aerului din interior, provocând lăcrimare, arsuri în ochi și gât și dificultăți de respirație la niveluri ridicate. Concentrațiile mari pot declanșa atacuri la persoanele cu astm bronșic, iar expunerea prelungită poate provoca anumite tipuri de cancer.

Formaldehida este un COV obișnuit și este emisă de articolele de uz casnic, inclusiv produse din lemn presat (cum ar fi MDF), tapet și vopsele, și unele țesături sintetice. În cea mai mare parte, nivelurile de formaldehidă emise de aceste articole sunt scăzute, dar nivelurile se pot acumula în timp, în special în garaje unde vopselele și alte produse care emit formaldehidă sunt mai probabil să fie depozitate.

Potrivit. conform unui raport din 2019 al grupului de campanie Clean Air Day, o cincime dintre gospodăriile din Marea Britanie au prezentat concentrații notabile de formaldehidă, cu 13% dintre locuințe depășind limita recomandată stabilită de Organizația Mondială a Sănătății (OMS).

„COV, cum ar fi formaldehida, pot duce la probleme grave de sănătate cu expunere prelungită chiar și la concentrații scăzute, dar senzorii actuali nu au sensibilitatea sau selectivitatea pentru a distinge între VOC care au impact diferit asupra sănătății”, a spus profesorul Tawfique Hasan de la Cambridge. Graphene Center, care a condus cercetarea.

„Am vrut să dezvoltăm un senzor care este mic și nu folosește prea multă putere, dar care poate detecta selectiv formaldehida la concentrații scăzute”, a spus Zhuo Chen, primul lucrare. autor.

Cercetătorii și-au bazat senzorii pe aerogeluri: materiale ultra-ușoare denumite uneori „fum lichid”, deoarece sunt mai mult de 99% aer în volum. Structura deschisă a aerogelurilor permite gazelor să se miște cu ușurință înăuntru și în afară. Prin proiectarea precisă a formei sau morfologiei găurilor, aerogelurile pot acționa ca niște senzori extrem de eficienți.

Lucrând cu colegii de la Universitatea Warwick, cercetătorii de la Cambridge au optimizat compoziția și structura aerogelurilor pentru a le crește. sensibilitate la formaldehidă, transformându-le în filamente de aproximativ trei ori lățimea unui păr uman.

Cercetătorii au imprimat linii 3D dintr-o pastă făcută din grafen, o formă bidimensională de carbon, și apoi liofilizate. pasta de grafen pentru a forma găurile în structura finală a aerogelului. Aerogelurile încorporează, de asemenea, semiconductori minusculi, cunoscuți sub numele de puncte cuantice.

Senzorii pe care i-au dezvoltat au fost capabili să detecteze formaldehida la concentrații de până la opt părți pe miliard, ceea ce reprezintă 0,4% din nivelul considerat sigur la locurile de muncă din Marea Britanie. Senzorii funcționează și la temperatura camerei, consumând energie foarte scăzută.

„Senzorii tradiționali de gaz trebuie încălziți, dar datorită modului în care am proiectat materialele, senzorii noștri funcționează incredibil de bine la temperatura camerei. , așa că folosesc între 10 și 100 de ori mai puțină putere decât alți senzori”, a spus Chen.

Pentru a îmbunătăți selectivitatea, cercetătorii au încorporat apoi algoritmi de învățare automată în senzori. Algoritmii au fost antrenați să detecteze „amprenta” diferitelor gaze, astfel încât senzorul a putut să distingă amprenta formaldehidei de alte COV.

„Detectorii de COV existenți sunt instrumente contondente – obțineți doar un număr. pentru concentrația generală în aer”, a spus Hasan. „Prin construirea unui senzor care este capabil să detecteze COV-uri specifice la concentrații foarte scăzute în timp real, acesta poate oferi proprietarilor de case și afaceri o imagine mai precisă a calității aerului și a oricăror riscuri potențiale pentru sănătate.”

Cercetătorii spunem că aceeași tehnică ar putea fi folosită pentru a dezvolta senzori care să detecteze alte COV. În teorie, un dispozitiv de dimensiunea unui detector de monoxid de carbon standard de uz casnic ar putea încorpora mai mulți senzori diferiți în el, oferind informații în timp real despre o serie de gaze periculoase diferite.

Echipa de la Warwick dezvoltă un nivel scăzut. -platformă multi-senzoră cu costuri care va încorpora aceste noi materiale aerogel și, împreună cu algoritmi AI, va detecta diferite COV.

„Folosind materiale foarte poroase ca element de detectare, deschidem noi moduri de detectare a materialelor periculoase în mediul nostru”, a spus Chen.

(Fluierul)