Negli ultimi secoli il mondo è diventato sempre più industrializzato, portando alle masse ogni tipo di tecnologia e comodità. Tuttavia, i lavoratori negli ambienti industriali sono spesso a rischio di esposizione a molti gas pericolosi, come il biossido di azoto (NO2 ). L'inalazione di questo gas può provocare gravi malattie respiratorie come asma e bronchite e compromettere gravemente la salute dei lavoratori dell'industria. Monitoraggio costante di NO2 sono quindi necessari per garantire un luogo di lavoro sicuro.
Per facilitare questo, sono stati sviluppati molti tipi di sensori di gas selettivi utilizzando diversi materiali organici e inorganici. Alcuni di essi, come i sensori gascromatografici o i sensori elettrochimici di gas, sono altamente sofisticati, ma costosi e ingombranti. D'altro canto, i sensori resistivi e capacitivi basati su semiconduttori sembrano essere un'alternativa promettente, mentre i sensori di gas a semiconduttore organico (OSC) rappresentano un'opzione flessibile e a basso costo.
Tuttavia, questi sensori di gas devono ancora affrontare alcuni problemi di prestazioni, tra cui bassa sensibilità e scarsa stabilità per le applicazioni dei sensori.
In questo contesto, un team di ricercatori coreani, guidato dal professor Yeong Don Park del Dipartimento di energia e ingegneria chimica dell'Università nazionale di Incheon, ha deciso di trovare strategie innovative per assumere OSC NO2 tecnologia dei sensori al livello successivo.
Il loro studio è stato pubblicato sul Chemical Engineering Journal .
A tal fine, il team ha proposto un design ibrido di sensore di gas organico-inorganico basato sulla combinazione di un polimero organico conduttivo e nanocristalli di perovskite. Hanno incorporato un CsPbBr3 perovskite in una matrice polimerica conduttiva per migliorare le prestazioni di rilevamento del gas mantenendo la velocità di rilevamento.
Hanno ulteriormente modificato la superficie dei nanocristalli di perovskite con ligandi polimerici zwitterionici. Una volta idratati, questi ligandi hanno migliorato notevolmente l'affinità del sensore per NO2 molecole di gas, con conseguente migliore assorbimento.
Ulteriori esperimenti hanno rivelato che il progetto proposto ha superato i sensori convenzionali in termini di sensibilità chimica al NO2 . Inoltre, il loro sistema era altamente resistente all’ossidazione, grazie all’azione protettiva dei nanocristalli di perovskite. Pertanto, potrebbe resistere allo stoccaggio in condizioni ambientali per diverse settimane, dimostrando una durata impressionante e un potenziale più elevato per l'installazione a lungo termine.
"I nostri risultati suggeriscono un nuovo approccio per lo sviluppo e la progettazione di sensori di gas basati su vari materiali compositi per ottenere sensibilità e selettività superiori", sottolinea il prof. Park, mentre discute i risultati.
Dato che gli OSC possono essere progettati per essere flessibili, leggeri e relativamente economici quando prodotti in serie, potrebbero aprire la strada all'adozione diffusa di sensori di gas in vari contesti.
"Al di là di contesti specifici come i siti industriali, i sensori di gas OSC potrebbero consentire alle persone di accedere facilmente alle informazioni sui livelli di inquinamento atmosferico attraverso dispositivi comuni come gli smartwatch", spiega il prof. Park. Aggiunge inoltre:"Inoltre, questi sensori hanno il potenziale per far avanzare la tecnologia diagnostica facilitando il rilevamento precoce di condizioni mediche. Pertanto, hanno un potenziale non solo per la sicurezza industriale ma anche nel campo della sicurezza alimentare, del monitoraggio delle sostanze chimiche e delle applicazioni mediche". diagnosi."
Ulteriori informazioni: Duho Jang et al, Approccio di ingegneria dell'interfaccia polimerica ai sensori di gas di tipo transistor organico funzionalizzato con perovskite, Chemical Engineering Journal (2023). DOI:10.1016/j.cej.2023.145482
Informazioni sul giornale: Giornale di ingegneria chimica
Fornito dall'Università nazionale di Incheon
