At skubbe grænserne for gassensorteknologi

Verden er blevet mere og mere industrialiseret i løbet af de sidste par århundreder, hvilket har bragt alle former for teknologi og bekvemmeligheder til masserne. Men arbejdere i industrielle miljøer er ofte i risiko for at blive udsat for mange farlige gasser, såsom nitrogendioxid (NO₂ ). Indånding af denne gas kan føre til alvorlige luftvejssygdomme som astma og bronkitis og alvorligt kompromittere industriarbejdernes helbred. Konstant overvågning af NO₂ niveauer er således nødvendige for at sikre en sikker arbejdsplads.

For at hjælpe med dette er der udviklet mange typer selektive gassensorer ved hjælp af forskellige organiske og uorganiske materialer. Nogle af dem, såsom gaskromatografisensorer eller elektrokemiske gassensorer, er meget sofistikerede, men alligevel dyre og omfangsrige. På den anden side ser resistive og kapacitive sensorer baseret på halvledere ud til at være et lovende alternativ, hvor organiske halvledergassensorer (OSC) repræsenterer en billig og fleksibel mulighed.

Ikke desto mindre står disse gassensorer stadig over for nogle præstationsproblemer, herunder lav følsomhed og dårlig stabilitet til sensorapplikationer.

På denne baggrund satte et team af forskere fra Korea, ledet af professor Yeong Don Park fra Department of Energy and Chemical Engineering ved Incheon National University, sig for at finde innovative strategier til at tage OSC NO₂ sensorteknologi til næste niveau.

Deres undersøgelse blev offentliggjort i Chemical Engineering Journal .

Til dette formål foreslog holdet et hybridt organisk-uorganisk gassensordesign baseret på kombinationen af ​​en ledende organisk polymer og perovskit-nanokrystaller. De inkorporerede en CsPbBr₃ perovskit ind i en ledende polymermatrix for at forbedre dens gassensing-ydeevne og samtidig opretholde følehastigheden.

De modificerede yderligere overfladen af ​​perovskit-nanokrystallerne med zwitterioniske polymerligander. Når de først var hydreret, forbedrede disse ligander i høj grad affiniteten af ​​sensoren for NO₂ gasmolekyler, hvilket resulterer i forbedret absorption.

Yderligere eksperimenter afslørede, at det foreslåede design klarede sig bedre end konventionelle sensorer med hensyn til kemisk følsomhed over for NO₂ . Desuden var deres system meget modstandsdygtigt over for oxidation, takket være den beskyttende virkning af perovskit-nanokrystallerne. Således kunne den modstå opbevaring under omgivende forhold i flere uger, hvilket viser imponerende holdbarhed og højere potentiale for langtidsinstallation.

"Vores resultater tyder på en ny tilgang til udvikling og design af gassensorer baseret på forskellige materialekompositter for at opnå både overlegen følsomhed og selektivitet," fremhæver Prof. Park, mens han diskuterer resultaterne.

Eftersom OSC'er kan designes til at være fleksible, lette og relativt billige, når de masseproduceres, kan de bane vejen for den udbredte anvendelse af gassensorer i forskellige sammenhænge.

"Ud over specifikke indstillinger som industrianlæg kan OSC-gassensorer gøre det muligt for enkeltpersoner let at få adgang til information om luftforureningsniveauer gennem almindelige enheder som smartwatches," forklarer prof. Park. Han tilføjer yderligere, "Desuden har disse sensorer potentialet til at fremme diagnostisk teknologi ved at lette tidlig påvisning af medicinske tilstande. Derfor har de potentiale ikke kun for industriel sikkerhed, men også inden for fødevaresikkerhed, overvågning af kemiske stoffer og medicinsk diagnose."

Flere oplysninger: Duho Jang et al., Polymer grænsefladeteknisk tilgang til perovskit-funktionaliserede organiske transistor-gassensorer, Chemical Engineering Journal (2023). DOI:10.1016/j.cej.2023.145482

Journaloplysninger: Chemical Engineering Journal

Leveret af Incheon National University