Grafenbaseret sensor registrerer skadelig luftforurening i hjemmet

Forskere fra University of Southampton, i partnerskab med Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST), har udviklet en grafenbaseret sensor og switch, der kan opdage skadelig luftforurening i hjemmet med meget lavt strømforbrug.

Sensoren registrerer individuelle CO2 -molekyler og flygtige organiske forbindelser (VOC) gasmolekyler, der findes i bygnings- og indvendige materialer, møbler og endda husholdningsartikler, som påvirker vores ophold i moderne huse med god isolering negativt.

Disse skadelige kemiske gasser har lave koncentrationer af ppb (parts per billion) niveauer og er ekstremt vanskelige at opdage med den nuværende miljøsensorteknologi, som kun kan detektere koncentrationer af dele pr. million (ppm).

I de seneste år, der har været en stigning i sundhedsproblemer på grund af luftforurening i personlige opholdsrum, kendt som sygt bygningssyndrom (SBS), sammen med andre tilstande som syg bil og syge skolesyndromer.

Forskningsgruppen, ledet af professor Hiroshi Mizuta, der har en fælles udnævnelse ved University of Southampton og JAIST, og Dr. Jian Sun og adjunkt Manoharan Muruganathan fra JAIST, udviklet sensoren til at detektere individuelle CO2-molekyler adsorberet (molekylernes binding fra en gas til en overflade) på det suspenderede grafen (enkelt atomark af carbonatomer arrangeret i en bikage-lignende sekskantet krystalgitterstruktur) én efter én ved at anvende en elektrisk felt på tværs af strukturen.

Ved at overvåge grafenstrålens elektriske modstand, adsorption og desorption (hvorved et stof frigives fra eller gennem en overflade) processer af individuelle CO2-molekyler på grafen blev detekteret som 'kvantiserede' ændringer i resistens (trinvis stigning eller fald i resistens). I undersøgelsen, udgivet i dag i Videnskab fremskridt , tidsskrift for American Association for the Advancement of Science (AAAS), et lille volumen CO2 -gas (svarende til en koncentration på ca. 30 ppb) blev frigivet, og detektionstiden var kun få minutter.

Professor Mizuta sagde:"I modsætning til de kommercielt tilgængelige miljøovervågningsværktøjer, denne ekstreme sansningsteknologi gør os i stand til at realisere betydelig miniaturisering, resulterer i vægt- og omkostningsreduktion ud over den bemærkelsesværdige forbedring i detektionsgrænsen fra ppm -niveauerne til ppb -niveauerne. "

Medlemmer af forskergruppen, Dr. Harold Chong fra Southampton og Dr. Marek Schmidt og Dr. Jian Sun fra JAIST, har også for nylig udviklet grafenbaserede switches (offentliggjort i marts-udgaven af Nanoskala , journal of the Royal Society of Chemistry) ved hjælp af en unik tynd film udviklet ved University of Southampton.

Skifterne, som kræver bemærkelsesværdigt lave spændinger (under tre volt), kan bruges til at drive elektroniske komponenter efter behov forbedrer batteriets levetid meget for personlige elektroniske enheder.

Professor Mizuta og forskningsgruppen sigter nu mod at bringe de to teknologier sammen for at skabe ultra-lav-effekt miljøsensorsystemer, der kan detektere enkeltmolekyler.