Los nanotubos de carbono ofrecen una nueva y poderosa forma de detectar gases nocivos en el medio ambiente. Sin embargo, Los métodos que se utilizan normalmente para construir sensores de nanotubos de carbono son peligrosos y no son adecuados para la producción a gran escala.

Un nuevo método de fabricación creado por los químicos del MIT, tan simple como trazar una línea en una hoja de papel, puede superar ese obstáculo. Katherine Mirica, postdoctoral del MIT, ha diseñado un nuevo tipo de mina de lápiz en la que el grafito se sustituye por un polvo comprimido de nanotubos de carbono. El plomo, que se puede utilizar con un portaminas normal, Puede inscribir sensores en cualquier superficie de papel.

El sensor descrito en la revista Angewandte Chemie , detecta cantidades mínimas de gas amoniaco, un peligro industrial. Timothy Swager, el profesor de química John D. MacArthur y líder del equipo de investigación, dice que los sensores podrían adaptarse para detectar casi cualquier tipo de gas.

"La belleza de esto es que podemos empezar a fabricar todo tipo de materiales funcionalizados químicamente específicos, Swager dice:"Creemos que podemos hacer sensores para casi cualquier cosa que sea volátil".

Otros autores del artículo son el estudiante de posgrado Jonathan Weis y los posdoctorados Jan Schnorr y Birgit Esser.

Dibuja con lápiz

Los nanotubos de carbono son láminas de átomos de carbono enrolladas en cilindros que permiten que los electrones fluyan sin obstáculos. Se ha demostrado que estos materiales son sensores eficaces para muchos gases, que se unen a los nanotubos e impiden el flujo de electrones. Sin embargo, La creación de estos sensores requiere disolver nanotubos en un solvente como diclorobenceno, utilizando un proceso que puede ser peligroso y poco confiable.

Swager y Mirica se propusieron crear un método de fabricación sin disolventes basado en papel. Inspirada por los lápices en su escritorio, Mirica tuvo la idea de comprimir nanotubos de carbono en un material similar al grafito que podría sustituir a la mina de un lápiz.

Para crear sensores con su lápiz, los investigadores trazan una línea de nanotubos de carbono en una hoja de papel impresa con pequeños electrodos hechos de oro. Luego aplican una corriente eléctrica y miden la corriente a medida que fluye a través de la tira de nanotubos de carbono, que actúa como una resistencia. Si se altera la corriente, significa que el gas se ha unido a los nanotubos de carbono.

Los investigadores probaron su dispositivo en varios tipos diferentes de papel, y descubrió que la mejor respuesta venía con sensores dibujados en papeles más suaves. También encontraron que los sensores dan resultados consistentes incluso cuando las marcas no son uniformes.

Las dos ventajas principales de la técnica son que es económica y la "mina de lápiz" es extremadamente estable. Swager dice. "No se puede imaginar una formulación más estable. Las moléculas están inmovilizadas, " él dice.

El nuevo sensor podría resultar útil para una variedad de aplicaciones, dice Zhenan Bao, profesor asociado de ingeniería química en la Universidad de Stanford. "Ya puedo pensar en muchas formas en que esta técnica se puede extender para construir dispositivos de nanotubos de carbono, "dice Bao, que no formaba parte del equipo de investigación. "En comparación con otras técnicas típicas, como recubrimiento por rotación, revestimiento por inmersión o impresión por inyección de tinta, Estoy impresionado con la buena reproducibilidad de la respuesta de detección que pudieron obtener ".

Sensores para cualquier gas

En este estudio, los investigadores se centraron en nanotubos de carbono puro, pero ahora están trabajando en adaptar los sensores para detectar una amplia gama de gases. La selectividad se puede alterar agregando átomos de metal a las paredes de nanotubos, o envolviendo polímeros u otros materiales alrededor de los tubos.

Un gas en el que los investigadores están particularmente interesados ​​es el etileno, lo que sería útil para controlar la madurez de la fruta a medida que se envía y almacena. El equipo también está buscando sensores para compuestos de azufre, lo que podría resultar útil para detectar fugas de gas natural.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.