Fazel Yavari ha sviluppato un nuovo sensore per rilevare quantità estremamente piccole di gas pericolosi. Lo studente di dottorato del Rensselaer Polytechnic Institute ha sfruttato la potenza del materiale più sottile al mondo, grafene, per creare un dispositivo che sia durevole, poco costoso da realizzare, e incredibilmente sensibile.

Uno studente del Dipartimento di Meccanica, Aerospaziale, e ingegneria nucleare a Rensselaer, Il sensore di Yavari apre le porte a una nuova generazione di rilevatori di gas per l'utilizzo da parte degli artificieri, funzionari della difesa e delle forze dell'ordine, così come in ambienti industriali. Per questa innovazione, Yavari è stato nominato vincitore del $30 del 2012, 000 Premio studentesco Lemelson-MIT Rensselaer. È tra i tre $30 del 2012 000 vincitori del Lemelson-MIT Collegiate Student Prize annunciati oggi.

“Innovare le soluzioni alle sfide di domani richiede un certo tipo di individuo, uno che è pronto e disposto ad assumersi rischi calcolati e cogliere opportunità promettenti. Questi architetti del cambiamento portano avanti lo stato dell'arte, e può influenzare il progresso su scala globale, ", ha affermato il presidente di Rensselaer, Shirley Ann Jackson. “Fazel Yavari, con il suo sfruttamento creativo del grafene per creare un nuovo promettente sensore di gas, è un esempio stellare di un tale architetto del cambiamento. Ci congratuliamo con lui, e applaudire tutti i vincitori e i finalisti del Lemelson-MIT Collegiate Student Prize per aver innovato un modo più audace, futuro più luminoso”.

Yavari è il sesto destinatario del Lemelson-MIT Rensselaer Student Prize. Data per la prima volta nel 2007, il premio viene assegnato ogni anno a uno studente senior o laureato Rensselaer che ha creato o migliorato un prodotto o un processo, applicato una tecnologia in un modo nuovo, ridisegnato un sistema, o dimostrato notevole inventiva in altri modi.

“I vincitori e i finalisti del Lemelson-MIT Collegiate Student Prize di quest'anno del MIT, RPI, e UIUC stanno contribuendo a soddisfare il bisogno di innovazione del paese. La passione di questi studenti per l'invenzione e le loro idee miglioreranno la vita delle persone in tutto il mondo, ” afferma Joshua Schuler, direttore esecutivo del programma Lemelson-MIT. "Apprezziamo le loro realizzazioni che senza dubbio ispireranno anche le future generazioni di inventori".

Rilevamento di gas alimentato dal grafene

Con il suo progetto, intitolato "Rilevazione ad alta sensibilità di gas pericolosi utilizzando una rete di schiuma di grafene, ” Yavari supera le carenze che hanno impedito ai rilevatori di gas basati su nanostrutture di raggiungere il mercato.

Il rilevamento di tracce di gas pericolosi presenti nell'aria è una considerazione fondamentale per la sicurezza e la salute in molte situazioni diverse, dalla produzione industriale e dalla lavorazione chimica al rilevamento delle bombe e al monitoraggio ambientale. I sensori di gas convenzionali sono troppo ingombranti e costosi, che ne limita l'uso in molte applicazioni, oppure non sono abbastanza sensibili da rilevare tracce di gas. Anche, molti sensori commerciali richiedono temperature molto elevate per rilevare adeguatamente i gas, e a loro volta richiedono grandi quantità di energia.

I ricercatori hanno cercato a lungo di sfruttare la potenza dei nanomateriali per il rilevamento dei gas. Nanostrutture individuali come il grafene, un foglio di atomi di carbonio dello spessore di un atomo disposti come un recinto di rete metallica su nanoscala, sono estremamente sensibili ai cambiamenti chimici. Però, creare un dispositivo basato su un'unica nanostruttura è costoso, molto complesso, e i dispositivi risultanti sono estremamente fragili, incline al fallimento, e offrono letture incoerenti.

Yavari ha superato questi ostacoli e ha creato un dispositivo che combina l'elevata sensibilità di un materiale nanostrutturato con la durata, prezzo basso, e facilità d'uso di un dispositivo macroscopico. Il suo nuovo sensore di schiuma di grafene, delle dimensioni di un francobollo e spessa come feltro, funziona a temperatura ambiente, è notevolmente meno costoso da realizzare, e ancora molto sensibile a piccole quantità di gas. Il sensore funziona leggendo i cambiamenti nella conduttività elettrica della schiuma di grafene quando incontra particelle di gas e si attaccano alla superficie della schiuma. Un altro vantaggio del dispositivo di Yavari è la sua capacità di rimuovere rapidamente e facilmente queste sostanze chimiche bloccate applicando una piccola corrente elettrica.

Il nuovo sensore in schiuma di grafene è stato progettato per rilevare i gas ammoniaca e biossido di azoto, ma può essere configurato per funzionare anche con altri gas. Il rilevamento dell'ammoniaca è importante poiché il gas è comunemente usato nei processi industriali, e l'ammoniaca è un sottoprodotto di diversi esplosivi. Il biossido di azoto è anche un sottoprodotto di diversi esplosivi, così come un inquinante strettamente monitorato che si trova negli scarichi della combustione e nelle emissioni delle auto. Il sensore di Yavari è in grado di rilevare entrambi i gas in quantità fino a 0,5 parti per milione a temperatura ambiente.