Deze ultradunne sensor kan uw longen redden – en het klimaat

Stikstofdioxide, een luchtverontreinigende stof die wordt uitgestoten door auto’s op fossiele brandstoffen en gaskachels, is niet alleen slecht voor het klimaat, het is ook slecht voor onze gezondheid. Langdurige blootstelling aan NO₂ is in verband gebracht met een verhoogde hartaandoening, aandoeningen van de luchtwegen zoals astma en infecties.

Stikstofdioxide is reukloos en onzichtbaar, dus u hebt een speciale sensor nodig die gevaarlijke concentraties van het giftige gas nauwkeurig kan detecteren. Maar de meeste sensoren die momenteel verkrijgbaar zijn, zijn energie-intensief, omdat ze meestal bij hoge temperaturen moeten werken om geschikte prestaties te bereiken.

Een ultradunne sensor, ontwikkeld door een team van onderzoekers van Berkeley Lab en UC Berkeley, zou het antwoord kunnen zijn.

In hun paper gepubliceerd in het tijdschrift Nano Lettersrapporteerde het onderzoeksteam een ​​atomair dunne “2D” -sensor die bij kamertemperatuur werkt en dus minder stroom verbruikt dan conventionele sensoren.

De onderzoekers zeggen dat de nieuwe 2D-sensor – die is gemaakt van een monolaaglegering van rheniumniobiumdisulfide – ook een superieure chemische specificiteit en hersteltijd heeft.

In tegenstelling tot andere 2D-apparaten gemaakt van materialen zoals grafeen, reageert de nieuwe 2D-sensor elektrisch selectief op stikstofdioxidemoleculen, met minimale respons op andere giftige gassen zoals ammoniak en formaldehyde. Bovendien kan de nieuwe 2D-sensor ultralage concentraties stikstofdioxide van ten minste 50 delen per miljard detecteren, zei Amin Azizi, een postdoctoraal onderzoeker van UC Berkeley en hoofdauteur van de huidige studie.

Zodra een sensor op basis van molybdeendisulfide of koolstofnanobuisjes stikstofdioxide heeft gedetecteerd, kan het uren duren voordat het bij kamertemperatuur terugkeert naar zijn oorspronkelijke staat. “Maar onze sensor duurt maar een paar minuten”, zei Azizi.

De nieuwe sensor is niet alleen ultradun, hij is ook flexibel en transparant, waardoor hij een uitstekende kandidaat is voor draagbare sensoren voor omgevings- en gezondheidsmonitoring. “Als het stikstofdioxidegehalte in de lokale omgeving meer dan 50 delen per miljard bedraagt, kan dat erg gevaarlijk zijn voor iemand met astma, maar op dit moment zijn persoonlijke stikstofdioxidegassensoren onpraktisch.” Azizi zei. Hun sensor, indien geïntegreerd in smartphones of andere draagbare elektronica, zou die leemte kunnen opvullen, voegde hij eraan toe.

Postdoctoraal onderzoeker en co-auteur Mehmet Dogan in Berkeley Lab vertrouwde op de Cori-supercomputer van het National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), een gebruikersfaciliteit voor supercomputers in Berkeley Lab, om theoretisch het onderliggende detectiemechanisme te identificeren.

Alex Zettl en Marvin Cohen, faculteitswetenschappers van de Materials Sciences Division van Berkeley Lab en hoogleraren natuurkunde aan UC Berkeley, hebben het onderzoek samen geleid.