Gli ingegneri australiani hanno sviluppato un piccolo sensore di gas di ammoniaca che potrebbe consentire uno stoccaggio più sicuro dell'idrogeno e dispositivi diagnostici medici specializzati.
Il sensore proof-of-concept semplice ma efficace descritto in Materiali funzionali avanzati è il risultato della collaborazione dei ricercatori della RMIT University, dell'Università di Melbourne e dell'ARC Center of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS).
L'esposizione a livelli elevati di ammoniaca può portare a patologie polmonari croniche e danni irreversibili agli organi.
Si stima che a livello globale vengano prodotte circa 235 milioni di tonnellate di ammoniaca, ma poiché l’ammoniaca viene pubblicizzata come uno dei modi migliori per immagazzinare idrogeno per ottenere carburante pulito, potremmo vederne molto di più. Un rilevamento affidabile e sensibile dell'ammoniaca sarà essenziale per individuare rapidamente perdite potenzialmente pericolose di gas di ammoniaca durante il trasporto di idrogeno e garantire un funzionamento sicuro.
Ma mentre l’esposizione umana all’ammoniaca può essere dannosa, il gas si trova anche nel respiro umano e può fungere da biomarcatore vitale per la diagnosi di molte malattie come i disturbi legati ai reni e al fegato. Dato che il sensore del team è in grado di misurare piccole quantità di ammoniaca, potrebbe essere progettato per rilevare il gas nel respiro delle persone e allertare i medici in caso di disturbi di salute.
Il ricercatore capo senior, Dr. Nitu Syed, ha affermato che il sensore presenta biossido di stagno trasparente atomicamente sottile che può facilmente tracciare l'ammoniaca a livelli molto più piccoli rispetto a tecnologie simili.
"Il nostro dispositivo agisce come un 'naso' elettrico rilevando in modo efficiente anche la più piccola quantità di ammoniaca", ha affermato Syed, McKenzie Research Fellow dell'Università di Melbourne, RMIT e TMOS. "Il sensore è anche in grado di distinguere l'ammoniaca da altri gas con maggiore selettività rispetto ad altre tecnologie."
La presenza di ammoniaca nell'aria modifica la resistenza elettrica della pellicola di ossido di stagno nel sensore:maggiore è il livello di ammoniaca, maggiore sarà la variazione della resistenza del dispositivo.
Il team ha condotto esperimenti con il sensore in una camera appositamente progettata per testare la sua capacità di rilevare il gas di ammoniaca a varie concentrazioni (5-500 parti per milione) in diverse condizioni, inclusa la temperatura. Hanno anche testato la selettività dell'ammoniaca del dispositivo rispetto ad altri gas, tra cui l'anidride carbonica e il metano.
Il primo autore, il dottor Chung K. Nguyen del RMIT, ha affermato che il loro sensore miniaturizzato offre un modo più sicuro e meno ingombrante per rilevare il gas tossico, rispetto alle tecniche esistenti.
"Gli attuali approcci al rilevamento dell'ammoniaca producono misurazioni accurate ma richiedono costose attrezzature di laboratorio con tecnici qualificati, campionamento e preparazione estesi", ha affermato Nguyen. "Questo processo è spesso dispendioso in termini di tempo e non è trasportabile, a causa delle dimensioni dell'attrezzatura necessaria. Inoltre, la produzione degli odierni rilevatori di ammoniaca comporta processi costosi e complicati per preparare gli strati sensibili per la fabbricazione dei sensori."
Il nuovo sensore del team è in grado di distinguere istantaneamente tra livelli sicuri e pericolosi di ammoniaca nell'ambiente, ha affermato Nguyen.
"La deposizione riproducibile di ossido di stagno offre anche l'opportunità per una produzione di massa economicamente vantaggiosa di dispositivi di rilevamento", ha osservato.
Il ricercatore capo co-senior Dr. Ylias Sabri, della School of Engineering dell'RMIT, ha affermato che il team ha utilizzato una tecnica a basso costo e scalabile per depositare biossido di stagno super sottile su un materiale di base, anche su un materiale flessibile, un risultato riscontrato anche in altri approcci. sfide da raggiungere.
"Raccogliamo direttamente una pellicola di ossido di stagno dalla superficie dello stagno fuso a 280 gradi Celsius. La pellicola è 50.000 volte più sottile della carta", ha affermato Sabri. "Il nostro approccio richiede solo una singola fase di sintesi, senza l'utilizzo di solventi tossici, vuoto o strumenti ingombranti e costosi."
Il team è desideroso di collaborare con partner del settore per sviluppare ulteriormente e prototipare il sensore per dimostrare le sue capacità di rilevamento ad alte prestazioni, affermando:"Il metodo di fabbricazione si allinea bene con i processi di produzione esistenti dell'industria del silicio, rendendolo adatto alla produzione di massa."
Ulteriori informazioni: Chung Kim Nguyen et al, Ossido di stagno ultrasottile stampato con metallo liquido istantaneo in aria per sensori di ammoniaca ad alte prestazioni, Materiali funzionali avanzati (2023). DOI:10.1002/adfm.202309342
Fornito da RMIT University
