Ingenieros en Australia han desarrollado un pequeño sensor de gas amoníaco que podría permitir un almacenamiento más seguro de hidrógeno y dispositivos de diagnóstico médico especializados.
El sensor de prueba de concepto simple pero efectivo descrito en Materiales funcionales avanzados es el resultado de la colaboración de investigadores de la Universidad RMIT, la Universidad de Melbourne y el Centro de Excelencia ARC para Sistemas Metaópticos Transformativos (TMOS).
La exposición a altos niveles de amoníaco puede provocar enfermedades pulmonares crónicas y daños irreversibles a los órganos.
Se estima que en todo el mundo se producen 235 millones de toneladas métricas de amoníaco, pero como el amoníaco se promociona como una de las mejores formas de almacenar hidrógeno para obtener combustible limpio, es posible que estemos viendo mucho más. La detección de amoníaco fiable y sensible será esencial para detectar rápidamente fugas de gas amoníaco potencialmente peligrosas durante el transporte de hidrógeno, para garantizar un funcionamiento seguro.
Pero si bien la exposición humana al amoníaco puede ser dañina, el gas también se encuentra en el aliento humano y puede servir como un biomarcador vital para el diagnóstico de muchas enfermedades, como los trastornos relacionados con los riñones y el hígado. Dado que el sensor del equipo puede medir pequeñas cantidades de amoníaco, podría diseñarse para detectar el gas en el aliento de las personas y alertar a los médicos sobre trastornos de salud.
El investigador principal, el Dr. Nitu Syed, dijo que el sensor presentaba dióxido de estaño transparente, atómicamente delgado, que puede rastrear fácilmente el amoníaco en niveles mucho más pequeños que tecnologías similares.
"Nuestro dispositivo actúa como una 'nariz' eléctrica al detectar eficientemente incluso la más mínima cantidad de amoníaco", dijo Syed, investigador McKenzie de la Universidad de Melbourne, RMIT y TMOS. "El sensor también es capaz de distinguir el amoníaco de otros gases con más selectividad que otras tecnologías."
La presencia de amoníaco en el aire cambia la resistencia eléctrica de la película de óxido de estaño en el sensor:cuanto mayor es el nivel de amoníaco, mayor es el cambio en la resistencia del dispositivo.
El equipo realizó experimentos con su sensor en una cámara especialmente diseñada para probar su capacidad para detectar gas amoníaco en diversas concentraciones (5 a 500 partes por millón) en diferentes condiciones, incluida la temperatura. También probaron la selectividad del amoníaco del dispositivo frente a otros gases, incluidos el dióxido de carbono y el metano.
El primer autor, el Dr. Chung K. Nguyen del RMIT, dijo que su sensor miniaturizado ofrecía una forma más segura y menos engorrosa de detectar el gas tóxico, en comparación con las técnicas existentes.
"Los enfoques actuales para la detección de amoníaco producen mediciones precisas, pero requieren costosos equipos de laboratorio con técnicos calificados, amplio muestreo y preparación", dijo Nguyen. "Este proceso suele llevar mucho tiempo y no es portátil, debido al tamaño del equipo necesario. Además, la fabricación de los detectores de amoníaco actuales implica procesos costosos y complicados para preparar capas sensibles para la fabricación de sensores".
El nuevo sensor del equipo puede diferenciar instantáneamente entre niveles seguros y peligrosos de amoníaco en el medio ambiente, afirmó Nguyen.
"La deposición reproducible de óxido de estaño también ofrece la oportunidad de una producción en masa rentable de dispositivos sensores", señaló.
El coinvestigador principal, el Dr. Ylias Sabri, de la Escuela de Ingeniería de RMIT, dijo que el equipo utilizó una técnica escalable y de bajo costo para depositar dióxido de estaño súper delgado en un material base, incluso en un material flexible, un resultado que encontraron otros enfoques. desafíos para lograrlo.
"Cosechamos directamente una película de óxido de estaño de la superficie del estaño fundido a 280 grados Celsius. La película es 50.000 veces más delgada que el papel", dijo Sabri. "Nuestro enfoque sólo requiere un único paso de síntesis, sin utilizar disolventes tóxicos, vacío ni instrumentos voluminosos y costosos."
El equipo está interesado en colaborar con socios de la industria para seguir desarrollando y creando prototipos del sensor para demostrar sus capacidades de detección de alto rendimiento, afirmando:"El método de fabricación se alinea bien con los procesos de fabricación existentes en la industria del silicio, lo que lo hace adecuado para la producción en masa". P>
Más información: Chung Kim Nguyen et al, Óxido de estaño ultrafino impreso con metal líquido instantáneo en el aire para sensores de amoníaco de alto rendimiento, Materiales funcionales avanzados (2023). DOI:10.1002/adfm.202309342
Proporcionado por la Universidad RMIT
