Датчик качества воздуха на основе углерода

Ученые разработали высокочувствительный и точный диоксид азота (NO₂ ), который имеет потенциальное спасательное применение в домашних, общественных и промышленных условиях. Длительное воздействие NO₂ — основной загрязнитель воздуха, источником которого являются двигатели внутреннего сгорания и промышленные процессы, — может вызвать проблемы с дыханием, которые могут быть особенно серьезными и даже опасными для жизни детей и людей, страдающих астмой. Датчик газа может обеспечить точные показания NO₂ уровней в локальной среде в доступном и портативном устройстве Интернета вещей, которое может синхронизироваться со смартфонами и приложениями.

Мониторинг качества воздуха для предотвращения воздействия NO₂ на уровне частей на миллиард (частей на миллиард) в настоящее время возможно только с помощью громоздкого и дорогого оборудования и поэтому практически не применяется. Цель этой работы состояла в том, чтобы создать устройство, которое было бы достаточно чувствительным и точным для обнаружения ниже 20 частей на миллиард NO₂. в воздухе, но он также будет работать в реальных ситуациях и будет достаточно удобным и доступным, чтобы иметь потенциал для широкого использования.

Прорыв произошел, когда команда разработала NO₂ чувствительный слой на основе осажденного лазером углеродного аэрогеля (LDCA), который, как они обнаружили, обладает исключительной селективностью по отношению к NO₂ по сравнению с другими распространенными загрязнителями воздуха, что делает его уникальным среди углеродных наноматериалов. Используя масштабируемый и недорогой одноэтапный лазерный процесс, тонкая, пористая и хорошо прилипающая пленка LDCA осаждается на электроды, которые затем могут быть размещены в различных конструкциях устройств для непрерывного мониторинга воздуха. Датчик настолько чувствителен, что может обнаруживать около 10 частей на миллиард NO₂. менее чем за 15 минут и, что особенно важно, может работать при комнатной температуре — даже во влажных условиях, что является проблематичной средой для многих других датчиков.

Подобно конденсату на оконном стекле, наноматериалы, такие как углерод, использованный в этой разработке, почти всегда имеют поверхностную воду. Обычно это минус, так как мешает технологии, но в данном случае команда смогла использовать слой воды в своих интересах для селективного растворения NO₂ вместо других летучих веществ, обычно присутствующих в условиях окружающей среды.

Потенциальные области применения датчика могут включать в себя устройство безопасности для контроля качества воздуха в детской комнате, информирование о наилучших пешеходных или велосипедных маршрутах и ​​времени дня, чтобы избежать высоких уровней загрязнения, и даже агентами по недвижимости для предоставления перспективного жилья. покупателей с информацией о NO₂ уровни в доме и районе.

Эти данные также могут быть введены в национальную или всемирную базу данных мониторинга загрязнения, чтобы оказать положительное влияние на качество воздуха.