Um novo sensor minúsculo de dióxido de nitrogênio pode ajudar a proteger o meio ambiente de poluentes veiculares que causam doenças pulmonares e chuva ácida.

Pesquisadores do TMOS, o Centro de Excelência do Conselho de Pesquisa Australiano para Sistemas Meta-Ópticos Transformativos, desenvolveram um sensor feito de uma matriz de nanofios, em um quadrado de um quinto de milímetro por lado, o que significa que pode ser facilmente incorporado a um chip de silício .

Em pesquisa publicada na última edição da Advanced Materials , Ph.D. O estudioso da equipe da Universidade Nacional Australiana do Centro e principal autor Shiyu Wei descreve o sensor como não exigindo nenhuma fonte de energia , pois funciona com seu próprio gerador movido a energia solar.

Wei diz: "À medida que integramos dispositivos como este na rede de sensores para a tecnologia da Internet das Coisas, ter baixo consumo de energia é um grande benefício em termos de tamanho e custos do sistema. O sensor pode ser instalado em seu carro com um alarme sonoro e alertas enviados para o seu telefone se detectar níveis perigosos de dióxido de nitrogênio emitidos pelo escapamento."

O coautor Dr. Zhe Li diz: "Este dispositivo é apenas o começo. Ele também pode ser adaptado para detectar outros gases, como acetona, que pode ser usado como um teste respiratório não invasivo de cetose, incluindo cetose diabética, que pode salvar inúmeras vidas.

Os detectores de gás existentes são volumosos e lentos e requerem um operador treinado. Em contraste, o novo dispositivo pode medir rápida e facilmente menos de 1 parte por bilhão, e o protótipo do TMOS usou uma interface USB para se conectar a um computador.

O dióxido de nitrogênio é um dos poluentes da categoria NOx. Além de contribuir para a chuva ácida, é perigoso para os seres humanos, mesmo em pequenas concentrações. É um poluente comum dos carros e também é criado em ambientes fechados por fogões a gás.

A chave para o dispositivo é uma junção PN – o motor de uma célula solar – na forma de um nanofio (um pequeno pilar hexagonal com diâmetro de cerca de 100 nanômetros, altura de 3 a 4 mícrons) assentado em uma base. Uma matriz ordenada de milhares de células solares de nanofios, separadas por cerca de 600 nanômetros, formou o sensor.

Todo o aparelho foi feito de fosfeto de índio , com a base dopada com zinco para formar a parte P, e a seção N na ponta dos nanofios, dopada com silício. A parte do meio de cada nanofio foi desdopada (a seção intrínseca, I) separando as seções P e N.

A luz que incide sobre o dispositivo faz com que uma pequena corrente flua entre as seções N e P. No entanto, se a seção intermediária intrínseca da junção PN for tocada por qualquer dióxido de nitrogênio, que é um oxidante forte que suga os elétrons, isso causará uma queda na corrente.

O tamanho do mergulho permite que a concentração de dióxido de nitrogênio no ar seja calculada. A modelagem numérica pelo Dr. Zhe Li, um pós-doutorando em EME, mostrou que o projeto e a fabricação da junção PN são cruciais para maximizar o sinal.

As características do dióxido de nitrogênio — forte adsorção, forte oxidação — tornam fácil para o fosfeto de índio distingui-lo de outros gases. O sensor também pode ser otimizado para detectar outros gases funcionalizando a superfície do nanofio de fosfeto de índio.

O pesquisador-chefe do TMOS, professor Lan Fu, líder do grupo de pesquisa, diz: "O objetivo final é detectar vários gases em um pequeno chip. Além de poluentes ambientais, esses sensores podem ser implantados para cuidados de saúde, por exemplo, para testes de respiração para biomarcadores de doença.

"O minúsculo sensor de gás é facilmente integrável e escalável. Isso, combinado com a meta-óptica, promete alcançar sensores multiplexados com alto desempenho e múltiplas funcionalidades, o que permitirá que eles se encaixem em redes de sensores inteligentes. TMOS é uma rede de grupos de pesquisa em Austrália dedicada a progredir neste campo.

"As tecnologias que desenvolvemos transformarão nossa vida e sociedade nos próximos anos, com implementação em larga escala da tecnologia Internet of Things para coleta de dados em tempo real e resposta autônoma em aplicações como monitoramento de poluição do ar, detecção de riscos químicos industriais, cidades inteligentes , e cuidados pessoais de saúde."