La rilevazione del monossido di carbonio (CO) nell'aria è una questione vitale, poiché la CO è un gas velenoso e un inquinante ambientale. La CO deriva tipicamente dalla combustione incompleta di combustibili a base di carbonio, come gas da cucina e benzina; non ha odore, gusto, o colore e quindi è difficile da rilevare. Gli scienziati hanno studiato sensori in grado di determinare la concentrazione di CO, e un team dell'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), in collaborazione con l'Università di Tolosa, ha trovato un metodo innovativo per costruire tali sensori.

Come strumento per il rilevamento di CO, gli scienziati usano fili estremamente piccoli:nanofili di ossido di rame. I nanofili di ossido di rame reagiscono chimicamente con CO, creando un segnale elettrico che può essere utilizzato per quantificare la concentrazione di CO. Questi nanofili sono così sottili che è possibile inserirne più di 1.000 nello spessore medio di un capello umano.

Due problemi hanno ostacolato l'uso dei nanofili. "Il primo problema è l'integrazione dei nanofili in dispositivi abbastanza grandi da essere maneggiati e che possono anche essere facilmente prodotti in serie, " ha detto il professor Mukhles Sowwan, direttore della Nanoparticles by Design Unit dell'OIST. "Il secondo problema è la capacità di controllare il numero e la posizione dei nanofili in tali dispositivi". Entrambe queste difficoltà potrebbero essere state risolte dal dottor Stephan Steinhauer, borsista post-dottorato presso OIST, insieme al Prof Sowwan, e ricercatori dell'Università di Tolosa. Hanno recentemente pubblicato la loro ricerca sulla rivista ACS Sensors.

"Per creare nanofili di ossido di rame, è necessario riscaldare le microstrutture di rame vicine. Partendo dalle microstrutture, i nanofili crescono e colmano il divario tra le microstrutture, creando un collegamento elettrico tra loro, " ha spiegato il dottor Steinhauer. "Abbiamo integrato microstrutture di rame su una micro-piastra, sviluppato dall'Università di Tolosa. Una micropiastra è una membrana sottile che può riscaldare fino a diverse centinaia di gradi Celsius, ma a bassissimo consumo." Grazie alla micropiastra, i ricercatori hanno un alto grado di controllo sulla quantità e sulla posizione dei nanofili. Anche, la micropiastra fornisce agli scienziati dati sul segnale elettrico che passa attraverso i nanofili.

Il risultato finale è un dispositivo eccezionalmente sensibile, in grado di rilevare concentrazioni molto basse di CO. "Potenzialmente, sensori di CO miniaturizzati che integrano nanofili di ossido di rame con micropiastre sono il primo passo verso la prossima generazione di sensori di gas, " ha commentato il prof Sowwan. "A differenza di altre tecniche, il nostro approccio è conveniente e adatto alla produzione di massa."

Questo nuovo metodo potrebbe anche aiutare gli scienziati a comprendere meglio la durata del sensore. Le prestazioni di un sensore diminuiscono nel tempo, e questo è un problema importante nel rilevamento del gas. I dati ottenuti con questo metodo potrebbero aiutare gli scienziati a comprendere i meccanismi alla base di tale fenomeno, fornendo loro informazioni che iniziano all'inizio della vita del sensore. Tradizionalmente, i ricercatori prima coltivano i nanofili, quindi collegare i nanofili a un dispositivo, e infine iniziare a misurare la concentrazione di CO. "Il nostro metodo permette di far crescere i nanofili in atmosfera controllata, dove è possibile eseguire immediatamente misurazioni di rilevamento del gas, " ha osservato il dottor Steinhauer. "Fondamentalmente, smetti di crescere e inizi a misurare, tutti nella stessa posizione."