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Scienziati dell'Università del Sussex hanno collaborato con una società di Oxford, M-SOLV, e un team di scienziati provenienti da tutta Europa per sviluppare un biossido di azoto altamente sensibile e preciso (NO 2 ) sensore con potenziale salvavita in ambito domestico, ambienti pubblici e industriali. Un importante inquinante atmosferico che ha origine dai motori a combustione e dai processi industriali, esposizione a lungo termine a NO 2 può causare problemi respiratori, che può essere particolarmente grave e persino pericoloso per la vita dei bambini e dei malati di asma.
Il sensore di gas potrebbe, per la prima volta, fornire letture accurate del NO 2 livelli nell'ambiente locale in un dispositivo Internet-of-Things portatile e conveniente, che potrebbe sincronizzarsi con smartphone e applicazioni.
Le normative dell'Unione Europea consentono una soglia di 20 parti per miliardo (ppb) di NO 2 nell'aria da superare non più di 18 volte all'anno. Però, solo a Londra, la media mensile è regolarmente al di sopra di questa. Il monitoraggio della qualità dell'aria per prevenire tale esposizione a livelli di ppb è attualmente possibile solo con ingombranti, apparecchiature costose e quindi non è ampiamente implementato.
La sfida che gli scienziati hanno dovuto affrontare, perciò, era creare un dispositivo che fosse abbastanza sensibile e preciso da rilevare meno di 20 parti per miliardo di NO 2 nell'aria, ma che funzionerebbe anche in situazioni del mondo reale e che sarebbe abbastanza conveniente e conveniente da avere il potenziale per un uso diffuso.
La loro svolta è arrivata quando hanno sviluppato un NO 2 strato di rilevamento basato su un aerogel di carbonio depositato al laser (LDCA), che hanno riscontrato un'eccezionale selettività nei confronti di NO 2 su altri comuni inquinanti atmosferici, rendendolo unico tra i nanomateriali di carbonio.
Usando un economico, processo laser scalabile in un'unica fase, il sottile, il film poroso e ben aderente di LDCA viene quindi depositato su elettrodi che possono essere alloggiati in una serie di strutture di dispositivi per il monitoraggio continuo dell'aria. Il sensore è così sensibile che può rilevare quasi 10 parti per miliardo di NO 2 in meno di 15 minuti e, in modo cruciale, può funzionare a temperatura ambiente, anche in condizioni di umidità, un ambiente problematico per molti altri sensori.
Professor Alan Dalton, che dirige il gruppo di Fisica dei Materiali presso l'Università del Sussex afferma:"Come la condensa sul vetro di una finestra, nanomateriali come il carbonio che abbiamo utilizzato in questo sviluppo, hanno quasi sempre acque superficiali. Normalmente, questa è davvero una brutta cosa in quanto interferisce con la tecnologia, ma in questo caso, siamo stati in grado di utilizzare questo strato d'acqua a nostro vantaggio per dissolvere selettivamente NO 2 invece di altri volatili normalmente presenti in condizioni ambientali. Come fisico, questo è davvero emozionante, poiché questo è ciò che conferisce al nostro sensore un così alto tasso di sensibilità a NO 2 in condizioni reali, assicurandoci di evitare letture false positive. Come un padre, una delle cose che mi ha motivato a perseguire questo sviluppo è stato sentire parlare dell'influenza di livelli pericolosi di NO 2 nell'aria - qualcosa che vediamo regolarmente nelle nostre grandi città - sulla morbilità infantile. Non è una novità che gli ambienti urbani stiano vedendo alti livelli di inquinamento, ma senza un monitoraggio diffuso e accurato della qualità dell'aria, la maggior parte di noi non sa quanto l'aria nella nostra zona possa essere davvero dannosa per noi stessi e per i nostri figli".
Le potenziali applicazioni del sensore potrebbero includere:come dispositivo di sicurezza per monitorare la qualità dell'aria nella cameretta di un bambino; per aiutare a informare i migliori percorsi pedonali o ciclabili e le ore del giorno per evitare alti livelli di inquinamento; e persino dagli agenti immobiliari per fornire ai potenziali acquirenti di case informazioni sui livelli di biossido di azoto in una casa e in un'area. Gli scienziati sperano che la tecnologia venga utilizzata dai comuni per monitorare i livelli di inquinamento negli ambienti urbani e nell'industria.
Peter Lynch, un ricercatore post-dottorato presso l'Università del Sussex che ha svolto un ruolo chiave nello sviluppo dei sensori, dice, "Come team di scienziati provenienti da tutta Europa, uno dei nostri obiettivi condivisi era sviluppare un sensore che non solo avrebbe funzionato in modo fantastico al di fuori del laboratorio, ma sarebbe anche abbastanza abbordabile da essere disponibile per la tua famiglia media, assicurando che più di noi abbiano accesso alle informazioni sulla qualità dell'aria nella nostra zona e su base oraria. Oltre ad aiutare le persone a compiere scelte informate, la nostra speranza è che questi dati possano anche essere inseriti in un database nazionale, anche mondiale, di monitoraggio dell'inquinamento, al fine di esercitare un'azione positiva sulla qualità dell'aria."
Adam Brunton, direttore dello sviluppo aziendale presso M-SOLV, che stanno fabbricando il NO 2 dispositivo di rilevamento, disse, "Una cosa bella di questo sensore è che è realizzato utilizzando attrezzature e materiali familiari che abbiamo già nella nostra camera bianca per la produzione di elettronica di grandi aree qui a Oxford. Ciò significa che è compatibile con le tecniche di produzione standard degli smartphone e può essere facilmente integrato con elettronica di elaborazione, comunicazioni senza fili, reti mobili, ecc. Ottenere l'accesso remoto ai dati da un singolo dispositivo o da una vasta rete di questi sensori è quindi un processo abbastanza semplice".
