Un materiale poroso con tasche su misura cucite nella sua struttura è un materiale promettente per il rilevamento di gas nocivi. Una sottile pellicola del materiale, rivestito su un elettrodo, formato un sensore elettronico in grado di rilevare tracce di gas di anidride solforosa. Il sensore è un passo significativo verso i dispositivi del mondo reale in grado di fiutare gas pericolosi nell'aria reale.

Sebbene diversi strumenti analitici di laboratorio possano rilevare tracce di un gas specifico nell'aria, questi strumenti sono in genere grandi, caro, macchine assetate di potere. C'è ancora bisogno di piccoli, poco costoso, sensori ad alta efficienza energetica che, Per esempio, potrebbe essere ampiamente distribuito intorno ai siti industriali per monitorare continuamente la qualità dell'aria.

Un modo promettente per realizzare tali sensori coinvolge materiali porosi chiamati strutture metallo-organiche (MOF). Facendo il MOF da diversi atomi di metallo e linker organici, i ricercatori possono creare materiali che assorbono selettivamente gas specifici in tasche su misura all'interno della struttura. Due gruppi di ricerca KAUST, guidato dallo scienziato dei materiali, Mohamed Eddaoudi, e ingegnere elettronico, Khaled Salama, ha recentemente collaborato per sviluppare sensori di gas basati su MOF.

Il primo passo è stato completato nel 2015 quando il team ha realizzato un sensore di prova rivestendo uno strato MOF su un elettrodo. Il dispositivo rileva i gas in modo simile a come un touchscreen rileva un dito. Il gas modifica la capacità del sensore MOF, una proprietà elettronica che può essere misurata direttamente utilizzando l'elettrodo.

Ora, il team sta lavorando per applicazioni specifiche. "Il nostro lavoro attuale mira a identificare il MOF ideale, in termini di sensibilità e selettività, per il rilevamento di anidride solforosa, "dice Valeria Chernikova, un dottorato di ricerca studente del laboratorio di Eddaoudi.

I ricercatori hanno selezionato una versione a base di indio di un MOF chiamato MFM-300 come materiale del sensore. Una sottile pellicola del materiale potrebbe crescere sull'elettrodo in condizioni blande che non danneggino il circuito del sensore. Il materiale risultante forma tasche rivestite con due gruppi -OH e quattro gruppi C-H che legano selettivamente le molecole di anidride solforosa. Nei test di laboratorio che utilizzano miscele semplici di gas, il sensore potrebbe rilevare l'anidride solforosa a concentrazioni di poche parti per miliardo.

Per utilizzare la tecnologia per l'aria reale, che comprende una miscela di gas molto più complessa, il passo successivo è sviluppare array di sensori che uniscano le risposte di più materiali MOF, dice Cernikova. "I dati verranno elaborati utilizzando vari algoritmi statistici e di apprendimento automatico per migliorare l'accuratezza della risposta del sensore, " continua. "Questo è comunemente indicato come un 'naso artificiale'."