Il ricercatore PhD Ebtsam Alenezy detiene un prototipo del sensore di idrogeno attivato dalla luce, che può fornire risultati ultra precisi a temperatura ambiente. Credito:Università RMIT
Ispirato dalla superficie delle ali di farfalla, i ricercatori hanno sviluppato un sensore di idrogeno attivato dalla luce che produce risultati ultra precisi a temperatura ambiente.
La tecnologia è in grado di rilevare le perdite di idrogeno molto prima che rappresentino rischi per la sicurezza e può misurare piccole quantità di gas sul respiro delle persone, per la diagnosi dei disturbi intestinali.
I sensori di idrogeno commerciali funzionano solo a temperature di 150 °C o superiori, ma il prototipo sviluppato dai ricercatori della RMIT University di Melbourne, Australia, è alimentato dalla luce invece che dal calore.
Il sensore, basato su microstrutture irregolari che imitano la superficie delle ali delle farfalle, è dettagliato in un nuovo studio pubblicato sulla rivista Sensori ACS .
Il ricercatore co-leader Dr. Ylias Sabri ha affermato che il prototipo era scalabile, conveniente e offriva un pacchetto completo di funzionalità che non potevano essere eguagliate da nessun sensore di idrogeno attualmente sul mercato.
"Alcuni sensori possono misurare piccole quantità, altri possono rilevare concentrazioni maggiori; hanno tutti bisogno di molto calore per funzionare, " ha detto Sabri.
"Il nostro sensore di idrogeno può fare tutto:è sensibile, selettivo, funziona a temperatura ambiente e può rilevare attraverso una gamma completa di livelli."
Il sensore può rilevare l'idrogeno a concentrazioni da 10 parti per milione di molecole (per diagnosi mediche) a 40, 000 parti per milione (il livello in cui il gas diventa potenzialmente esplosivo).
Il co-ricercatore Dr. Ahmad Kandjani ha affermato che l'ampia gamma di rilevamento lo ha reso ideale sia per l'uso medico che per aumentare la sicurezza nell'economia emergente dell'idrogeno.
Il sensore è realizzato con un chip elettronico, che è ricoperto da un sottile strato di cristalli fotonici e quindi da un composito di titanio e palladio. Credito:Università RMIT
"L'idrogeno ha il potenziale per essere il carburante del futuro, ma sappiamo che i timori per la sicurezza potrebbero influenzare la fiducia del pubblico in questa fonte di energia rinnovabile, " Egli ha detto.
"Fornendo una tecnologia di rilevamento precisa e affidabile in grado di rilevare la più piccola delle perdite, ben prima che diventino pericolosi, speriamo di contribuire a far progredire un'economia dell'idrogeno in grado di trasformare le forniture energetiche in tutto il mondo".
Dossi a farfalla:come funziona il sensore
Il nucleo innovativo del nuovo sensore è costituito da minuscole sfere note come cristalli fotonici o colloidali.
Queste forme vuote, simili alle minuscole protuberanze che si trovano sulla superficie delle ali delle farfalle, sono strutture altamente ordinate che sono ultra efficienti nell'assorbire la luce.
Questa efficienza significa che il nuovo sensore può trarre tutta l'energia di cui ha bisogno per funzionare da un raggio di luce, piuttosto che dal calore.
dottorato di ricerca il ricercatore e primo autore Ebtsam Alenezy ha affermato che il sensore della temperatura ambiente era più sicuro ed economico da utilizzare, rispetto ai sensori di idrogeno commerciali che in genere funzionano a 150 ° C a 400 ° C.
"I cristalli fotonici consentono al nostro sensore di essere attivato dalla luce e forniscono anche la consistenza strutturale che è fondamentale per un rilevamento affidabile del gas, " lei disse.
"Avere una struttura coerente, qualità di fabbricazione coerente e risultati coerenti sono vitali, ed è ciò che la natura ci ha offerto attraverso queste forme bioispirate.
Queste minuscole sfere cave note come cristalli fotonici, ispirato alla superficie irregolare delle ali di farfalla, sono il cuore innovativo del nuovo sensore di idrogeno. Immagine ingrandita 40, 000 volte. Credito:Università RMIT
"Il processo di fabbricazione ben sviluppato per i cristalli fotonici significa anche che la nostra tecnologia è facilmente scalabile a livelli industriali, poiché centinaia di sensori potrebbero essere prodotti rapidamente contemporaneamente."
Per realizzare il sensore, un chip elettronico viene prima ricoperto da un sottile strato di cristalli fotonici e poi da un composito di titanio e palladio.
Quando l'idrogeno interagisce con il chip, il gas viene convertito in acqua. Questo processo crea una corrente elettronica e misurando la grandezza della corrente, il sensore può dire con precisione quanto idrogeno è presente.
A differenza di molti sensori commerciali che lottano in presenza di ossido di azoto, la nuova tecnologia è altamente selettiva in modo da poter isolare accuratamente l'idrogeno da altri gas.
Applicazioni mediche
Con livelli elevati di idrogeno noti per essere collegati a disturbi gastrointestinali, la tecnologia ha un forte potenziale per l'uso nella diagnosi medica e nel monitoraggio.
Attualmente, l'approccio diagnostico standard è attraverso campioni di respiro, che vengono inviati ai laboratori per l'elaborazione.
Sabri ha affermato che il nuovo chip potrebbe essere integrato in un dispositivo portatile per fornire risultati immediati.
"Con condizioni intestinali, la differenza tra livelli sani di idrogeno e livelli non salutari è minuscola, solo 10 parti per milione, ma il nostro sensore può misurare con precisione differenze così piccole, " Egli ha detto.
È stata depositata una domanda di brevetto provvisoria per la tecnologia e il team di ricerca spera di collaborare con i produttori di sensori di idrogeno, celle a combustibile, batterie o aziende di diagnostica medica per commercializzare il sensore.
