El investigador de doctorado Ebtsam Alenezy sostiene un prototipo del sensor de hidrógeno activado por luz, que puede ofrecer resultados ultraprecisos a temperatura ambiente. Crédito:Universidad RMIT
Inspirado en la superficie de las alas de una mariposa, Los investigadores han desarrollado un sensor de hidrógeno activado por luz que produce resultados ultraprecisos a temperatura ambiente.
La tecnología puede detectar fugas de hidrógeno mucho antes de que representen riesgos para la seguridad y puede medir pequeñas cantidades de gas en el aliento de las personas. para diagnosticar trastornos intestinales.
Los sensores de hidrógeno comerciales solo funcionan a temperaturas de 150 ° C o más, pero el prototipo desarrollado por investigadores de la Universidad RMIT en Melbourne, Australia, funciona con luz en lugar de calor.
El sensor basado en microestructuras irregulares que imitan la superficie de las alas de una mariposa, se detalla en un nuevo estudio publicado en la revista Sensores ACS .
El co-investigador principal, el Dr. Ylias Sabri, dijo que el prototipo era escalable, rentable y ofrecía un paquete completo de características que no podría igualar ningún sensor de hidrógeno actualmente en el mercado.
"Algunos sensores pueden medir pequeñas cantidades, otros pueden detectar concentraciones mayores; todos necesitan mucho calor para funcionar, "Dijo Sabri.
"Nuestro sensor de hidrógeno puede hacerlo todo:es sensible, selectivo, funciona a temperatura ambiente y puede detectar en una amplia gama de niveles ".
El sensor puede detectar hidrógeno en concentraciones desde tan solo 10 partes por millón de moléculas (para diagnósticos médicos) hasta 40, 000 partes por millón (el nivel en el que el gas se vuelve potencialmente explosivo).
El co-investigador principal, el Dr. Ahmad Kandjani, dijo que el amplio rango de detección lo hacía ideal tanto para uso médico como para aumentar la seguridad en la economía emergente del hidrógeno.
El sensor está hecho con un chip electrónico, que está cubierto con una fina capa de cristales fotónicos y luego un compuesto de titanio paladio. Crédito:Universidad RMIT
"El hidrógeno tiene el potencial de ser el combustible del futuro, pero sabemos que los temores de seguridad podrían afectar la confianza del público en esta fuente de energía renovable, " él dijo.
"Al ofrecer una tecnología de detección precisa y confiable que puede detectar las fugas más pequeñas, mucho antes de que se vuelvan peligrosos, Esperamos contribuir al avance de una economía del hidrógeno que pueda transformar el suministro de energía en todo el mundo ".
Golpes de mariposa:cómo funciona el sensor
El núcleo innovador del nuevo sensor está formado por pequeñas esferas conocidas como cristales fotónicos o coloidales.
Estas formas huecas similar a los bultos minúsculos que se encuentran en la superficie de las alas de las mariposas, son estructuras muy ordenadas que son ultraeficientes en la absorción de luz.
Esa eficiencia significa que el nuevo sensor puede extraer toda la energía que necesita para funcionar de un haz de luz, en lugar de calor.
Doctor. El investigador y primer autor Ebtsam Alenezy dijo que el sensor de temperatura ambiente era más seguro y más económico de operar, en comparación con los sensores de hidrógeno comerciales que normalmente operan entre 150 ° C y 400 ° C.
"Los cristales fotónicos permiten que nuestro sensor sea activado por la luz y también brindan la consistencia estructural que es crítica para una detección de gas confiable, " ella dijo.
"Tener una estructura coherente, La calidad de fabricación constante y los resultados consistentes son vitales, y eso es lo que la naturaleza nos ha brindado a través de estas formas bioinspiradas.
Estas diminutas esferas huecas conocidas como cristales fotónicos, inspirado en la superficie irregular de las alas de las mariposas, son el núcleo innovador del nuevo sensor de hidrógeno. Imagen ampliada 40, 000 veces. Crédito:Universidad RMIT
"El proceso de fabricación bien desarrollado de cristales fotónicos también significa que nuestra tecnología es fácilmente escalable a niveles industriales, ya que se podrían producir rápidamente cientos de sensores a la vez ".
Para hacer el sensor, un chip electrónico se cubre primero con una fina capa de cristales fotónicos y luego con un compuesto de titanio y paladio.
Cuando el hidrógeno interactúa con el chip, el gas se convierte en agua. Este proceso crea una corriente electrónica y midiendo la magnitud de la corriente, el sensor puede decir con precisión la cantidad de hidrógeno presente.
A diferencia de muchos sensores comerciales que luchan en presencia de óxido de nitrógeno, la nueva tecnología es altamente selectiva, por lo que puede aislar con precisión el hidrógeno de otros gases.
Aplicaciones médicas
Con niveles elevados de hidrógeno que se sabe que están relacionados con trastornos gastrointestinales, la tecnología tiene un gran potencial para su uso en el diagnóstico y el seguimiento médicos.
En la actualidad, el enfoque de diagnóstico estándar es a través de muestras de aliento, que se envían a los laboratorios para su procesamiento.
Sabri dijo que el nuevo chip podría integrarse en un dispositivo portátil para ofrecer resultados instantáneos.
"Con enfermedades intestinales, la diferencia entre niveles saludables de hidrógeno y niveles no saludables es minúscula, solo 10 partes por millón, pero nuestro sensor puede medir con precisión diferencias tan pequeñas, " él dijo.
Se ha presentado una solicitud de patente provisional para la tecnología y el equipo de investigación espera colaborar con los fabricantes de sensores de hidrógeno. celdas de combustible, baterías o empresas de diagnóstico médico para comercializar el sensor.
