Novedoso sensor de grafeno detecta la contaminación del aire

Estos gases químicos nocivos tienen bajas concentraciones de niveles de ppb (partes por billón) y son extremadamente difíciles de detectar con la tecnología de sensores ambientales actuales, que sólo puede detectar concentraciones de partes por millón (ppm).

Un nuevo sensor e interruptor basado en el grafeno puede detectar la contaminación del aire perjudicial en casa con muy bajo consumo de energía.

   El sensor –desarrollado por la Universidad de Sotuhampton Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST)– detecta moléculas de CO2 y moléculas individuales de gases de compuestos orgánicos volátiles (COV) que se encuentran en la construcción y el interior de los materiales, muebles e incluso artículos para el hogar, que afectan negativamente a nuestra vida en casas modernas con un buen aislamiento.

   Estos gases químicos nocivos tienen bajas concentraciones de niveles de ppb (partes por billón) y son extremadamente difíciles de detectar con la tecnología de sensores ambientales actuales, que sólo puede detectar concentraciones de partes por millón (ppm).

   En los últimos años, ha habido un aumento de los problemas de salud debido a la contaminación del aire en espacios de vida personales, conocidos como síndrome del edificio enfermo (SBS, por sus siglas en inglés), junto con otras automótivos enfermos y síndromes de enfermedad escolar.

   El grupo de investigación, dirigido por el profesor Hiroshi Mizuta, de la Universidad de Southampton y JAIST, y el doctor Sun Jian, profesor en JAIST, desarrollaron el sensor para detectar moléculas de CO2 individuales adsorbidas (la unión de moléculas de un gas a una superficie) en el grafeno suspendido (hoja atómica única de átomos de carbono dispuestos en una estructura de red cristalina hexagonal de panal de abeja) de una en una por aplicación de un campo eléctrico a través de la estructura.

   Mediante la supervisión de la resistencia eléctrica del haz de grafeno, se detectaron los procesos de adsorción y desorción (por la que una sustancia se libera desde o a través de una superficie) de moléculas de CO2 individuales en el grafeno como cambios ‘cuantificados’ en la resistencia (aumento paso a paso o disminución en la resistencia).

   En el estudio, publicado este viernes en ‘Science Advances’, se publicó la revista de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia (AAAS, por sus siglas en inglés), se informa de un pequeño volumen de gas CO2 (equivalente a una concentración de aproximadamente 30 ppb) y el tiempo de detección sólo era de unos pocos minutos.

   El profesor Mizuta dice: «En contraste con las herramientas de seguimiento ambientales comercialmente disponibles, esta tecnología de detección extrema nos permite realizar miniaturización significativa, resultando en reducción de peso y costes, además de la notable mejora en el límite de detección desde los niveles de ppm a los niveles de ppb».

   Los miembros del grupo de investigación, Harold Chong, de Southampton, y Marek Schmidt y Sun Jian de JAIST, también han desarrollado recientemente conmutadores basados en el grafeno (publicado en la edición de marzo de ‘Nanoscale’, la revista de la ‘Royal Society of Chemistry’) utilizando una única película delgada desarrollada en la Universidad de Southampton.

   Los interruptores, que requieren tensiones notablemente bajas (por debajo de tres voltios), pueden emplearse para alimentar los componentes electrónicos a demanda, mejorando en gran medida la vida útil de la batería de los dispositivos electrónicos personales. Mizuta y el grupo de investigación están ahora trabajando para llevar las dos tecnologías para crear sistemas sensores ambientales de ultra-baja potencia que pueden detectar moléculas individuales.

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