Продвинутый углеродный датчик NO₂ улучшает мониторинг качества воздуха в помещениях

Ученые разработали высокочувствительный и точный датчик диоксида азота (NO₂), имеющий спасающие жизни потенциальные применения в бытовых, публичных и промышленных условиях. Долгосрочное воздействие NO₂ — главного загрязнителя воздуха, исходящего от двигателей внутреннего сгорания и промышленных процессов — может вызывать дыхательные проблемы, которые могут быть особенно серьезными и даже угрожающими жизнью для младенцев и страдающих астмой. Газовый датчик может предоставлять точные показания уровня NO₂ в местной среде в доступном и переносимом устройстве Интернета вещей, которое может синхронизироваться со смартфонами и приложениями.

Мониторинг качества воздуха для предотвращения воздействия NO₂ на уровне частей на миллиард (ppb) в настоящее время возможен только с громоздким, дорогим оборудованием и поэтому редко внедряется. Цель этой работы — создать устройство, которое было достаточно чувствительным и точным для обнаружения ниже 20 ppb NO₂ в воздухе, но также работало в реальных ситуациях и было удобным и достаточно доступным для потенциального широкого использования.

Прорыв пришел, когда команда разработала сенсовый слой NO₂ на основе лазерно осажденного углеродного аэрогеля (LDCA), который они обнаружили, обладает исключительной селективностью к NO₂ над другими распространенными загрязнителями воздуха, делая его уникальным среди углеродных наноматериалов. Используя масштабируемый и недорогой одношаговый лазерный процесс, тонкая, пористая и хорошо адгезивная пленка LDCA осаждается на электроды, которые затем могут быть размещены в различных структурах устройств для непрерывного мониторинга воздуха. Сенсор настолько чувствителен, что может обнаруживать близко к 10 ppb NO₂ менее чем за 15 минут и, что критически важно, может работать при комнатной температуре — даже хорошо работая в влажных условиях, проблемной среде для многих других сенсоров.

Как конденсация на оконном стекле, наноматериалы, такие как углерод, используемый в этой разработке, почти всегда имеют поверхностную воду. Обычно это негативно, так как это мешает технологии, но в этом случае команда смогла использовать слой воды в свое преимущество для селективного растворения NO₂ вместо других летучих веществ, обычно встречающихся в окружающих условиях.

Потенциальные применения для сенсора могут включать как устройство безопасности для мониторинга качества воздуха в детской комнате, чтобы помочь определить лучшие пешие или велосипедные маршруты и время суток для избежания высоких уровней загрязнения, и даже риелторами для предоставления потенциальным покупателям дома информации об уровнях NO₂ в доме и районе.

Данные также могут поступать в национальную или мировую базу данных мониторинга загрязнения для осуществления позитивных действий по качеству воздуха.