I nanotubi di carbonio offrono un nuovo modo potente per rilevare i gas nocivi nell'ambiente. Però, i metodi tipicamente utilizzati per costruire sensori a nanotubi di carbonio sono pericolosi e non adatti alla produzione su larga scala.

Un nuovo metodo di fabbricazione creato dai chimici del MIT, semplice come tracciare una linea su un foglio di carta, potrebbe superare questo ostacolo. La postdoc del MIT Katherine Mirica ha progettato un nuovo tipo di mina in cui la grafite viene sostituita con una polvere compressa di nanotubi di carbonio. La guida, che può essere utilizzato con una normale matita meccanica, può incidere sensori su qualsiasi superficie di carta.

Il sensore, descritto nel giornale Angewandte Chemie , rileva piccole quantità di gas di ammoniaca, un rischio industriale. Timothy Swager, il John D. MacArthur Professor of Chemistry e leader del gruppo di ricerca, afferma che i sensori potrebbero essere adattati per rilevare quasi tutti i tipi di gas.

"La bellezza di questo è che possiamo iniziare a fare tutti i tipi di materiali funzionalizzati chimicamente specifici, "Dice Swager. "Pensiamo di poter realizzare sensori per quasi tutto ciò che è volatile".

Altri autori del documento sono lo studente laureato Jonathan Weis e i postdoc Jan Schnorr e Birgit Esser.

Matita dentro

I nanotubi di carbonio sono fogli di atomi di carbonio arrotolati in cilindri che consentono agli elettroni di fluire senza ostacoli. Tali materiali hanno dimostrato di essere efficaci sensori per molti gas, che si legano ai nanotubi e impediscono il flusso di elettroni. Però, la creazione di questi sensori richiede la dissoluzione dei nanotubi in un solvente come il diclorobenzene, utilizzando un processo che può essere pericoloso e inaffidabile.

Swager e Mirica hanno deciso di creare un metodo di fabbricazione senza solventi basato sulla carta. Ispirato dalle matite sulla sua scrivania, Mirica ha avuto l'idea di comprimere i nanotubi di carbonio in un materiale simile alla grafite che potesse sostituire la mina.

Per creare sensori usando la loro matita, i ricercatori disegnano una linea di nanotubi di carbonio su un foglio di carta con impressi piccoli elettrodi d'oro. Quindi applicano una corrente elettrica e misurano la corrente mentre scorre attraverso la striscia di nanotubi di carbonio, che funge da resistore. Se la corrente viene modificata, significa che il gas si è legato ai nanotubi di carbonio.

I ricercatori hanno testato il loro dispositivo su diversi tipi di carta, e ha scoperto che la risposta migliore è arrivata con i sensori disegnati su carte più lisce. Hanno anche scoperto che i sensori danno risultati coerenti anche quando i segni non sono uniformi.

I due principali vantaggi della tecnica sono che è poco costosa e la "mina della matita" è estremamente stabile, Swager dice. "Non puoi immaginare una formulazione più stabile. Le molecole sono immobilizzate, " lui dice.

Il nuovo sensore potrebbe rivelarsi utile per una varietà di applicazioni, dice Zhenan Bao, professore associato di ingegneria chimica alla Stanford University. "Posso già pensare a molti modi in cui questa tecnica può essere estesa per costruire dispositivi con nanotubi di carbonio, "dice Bao, che non faceva parte del gruppo di ricerca. "Rispetto ad altre tecniche tipiche, come il rivestimento a rotazione, rivestimento per immersione o stampa a getto d'inchiostro, Sono impressionato dalla buona riproducibilità della risposta di rilevamento che sono stati in grado di ottenere".

Sensori per qualsiasi gas

In questo studio, i ricercatori si sono concentrati sui nanotubi di carbonio puro, ma ora stanno lavorando per adattare i sensori per rilevare un'ampia gamma di gas. La selettività può essere alterata aggiungendo atomi di metallo alle pareti dei nanotubi, oppure avvolgendo polimeri o altri materiali attorno ai tubi.

Un gas a cui i ricercatori sono particolarmente interessati è l'etilene, che sarebbe utile per monitorare la maturazione della frutta mentre viene spedita e immagazzinata. Il team sta anche cercando sensori per i composti dello zolfo, che potrebbe rivelarsi utile per rilevare fughe di gas naturale.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.