Scienziati dell'Università di Southampton, in collaborazione con il Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST), hanno sviluppato un sensore e un interruttore a base di grafene in grado di rilevare l'inquinamento atmosferico dannoso in casa con un consumo energetico molto basso.

Il sensore rileva le singole molecole di CO2 e le molecole di gas di composti organici volatili (VOC) presenti nei materiali da costruzione e interni, mobili e anche articoli per la casa, che influiscono negativamente sulla nostra vita in case moderne con un buon isolamento.

Questi gas chimici nocivi hanno basse concentrazioni di livelli di ppb (parti per miliardo) e sono estremamente difficili da rilevare con l'attuale tecnologia dei sensori ambientali, che può rilevare solo concentrazioni di parti per milione (ppm).

Negli ultimi anni, c'è stato un aumento dei problemi di salute dovuti all'inquinamento atmosferico negli spazi abitativi personali, nota come sindrome dell'edificio malato (SBS), insieme ad altre condizioni come l'auto malata e le sindromi scolastiche malate.

Il gruppo di ricerca, guidato dal professor Hiroshi Mizuta, che detiene un incarico congiunto presso l'Università di Southampton e JAIST, e il dottor Jian Sun e l'assistente professore Manoharan Muruganathan di JAIST, ha sviluppato il sensore per rilevare le singole molecole di CO2 adsorbite (il legame delle molecole da un gas a una superficie) sul grafene sospeso (singolo foglio atomico di atomi di carbonio disposti in una struttura a reticolo cristallino esagonale a nido d'ape) una per una applicando un campo in tutta la struttura.

Monitorando la resistenza elettrica del fascio di grafene, i processi di adsorbimento e desorbimento (per cui una sostanza viene rilasciata da o attraverso una superficie) di singole molecole di CO2 sul grafene sono stati rilevati come variazioni "quantizzate" della resistenza (aumento o diminuzione graduale della resistenza). Nello studio, pubblicato oggi in Progressi scientifici , la rivista dell'American Association for the Advancement of Science (AAAS), è stato rilasciato un piccolo volume di gas CO2 (equivalente a una concentrazione di circa 30 ppb) e il tempo di rilevamento è stato di pochi minuti.

Il professor Mizuta ha dichiarato:"In contrasto con gli strumenti di monitoraggio ambientale disponibili in commercio, questa tecnologia di rilevamento estremo ci consente di realizzare una significativa miniaturizzazione, con conseguente riduzione del peso e dei costi oltre al notevole miglioramento del limite di rilevamento dai livelli di ppm ai livelli di ppb."

Membri del gruppo di ricerca, Il dottor Harold Chong di Southampton e il dottor Marek Schmidt e il dottor Jian Sun di JAIST, hanno anche sviluppato di recente interruttori a base di grafene (pubblicati nel numero di marzo di Nanoscala , la rivista della Royal Society of Chemistry) utilizzando un film sottile unico sviluppato presso l'Università di Southampton.

Gli interruttori, che richiedono tensioni notevolmente basse (sotto i tre volt), può essere utilizzato per alimentare componenti elettronici su richiesta, migliorando notevolmente la durata della batteria dei dispositivi elettronici personali.

Il professor Mizuta e il gruppo di ricerca stanno ora mirando a riunire le due tecnologie per creare sistemi di sensori ambientali a bassissima potenza in grado di rilevare singole molecole.