O sensor pode detectar hidrogaªnio em concentrazµes de apenas 10 partes por milha£o de moléculas (para diagnósticos médicos) a 40.000 partes por milha£o (onívelem que o gás se torna potencialmente explosivo).
O pesquisador PhD Ebtsam Alenezy segura um prota³tipo do sensor de hidrogaªnio ativado por luz, que pode fornecer resultados ultraprecisos em temperatura ambiente. Crédito: RMIT University
Inspirados pelasuperfÍcie das asas das borboletas, os pesquisadores desenvolveram um sensor de hidrogaªnio ativado por luz que produz resultados ultraprecisos em temperatura ambiente.
A tecnologia pode detectar vazamentos de hidrogaªnio muito antes que eles representem riscos a segurança e pode medir pequenas quantidades de gás no ha¡lito das pessoas, para diagnosticar distúrbios intestinais.
Sensores de hidrogaªnio comerciais funcionam apenas em temperaturas de 150 ° C ou mais, mas o prota³tipo desenvolvido por pesquisadores da RMIT University em Melbourne, Austra¡lia, éalimentado por luz em vez de calor.
O sensor, baseado em microestruturas irregulares que imitam asuperfÍcie das asas das borboletas, édetalhado em um novo estudo publicado na revista ACS Sensors .
O co-pesquisador Dr. Ylias Sabri disse que o prota³tipo era escala¡vel, econa´mico e oferecia um pacote total de recursos que não poderiam ser combinados por nenhum sensor de hidrogaªnio atualmente no mercado.
"Alguns sensores podem medir pequenas quantidades, outros podem detectar concentrações maiores; todos eles precisam de muito calor para funcionar", disse Sabri.
"Nosso sensor de hidrogaªnio pode fazer tudo - ésensavel, seletivo, funciona em temperatura ambiente e pode detectar em uma ampla gama de naveis."
O sensor pode detectar hidrogaªnio em concentrações de apenas 10 partes por milha£o de moléculas (para diagnósticos médicos) a 40.000 partes por milha£o (onívelem que o gás se torna potencialmente explosivo).
O co-pesquisador Dr. Ahmad Kandjani disse que a ampla faixa de detecção o torna ideal para uso médico e para aumentar a segurança na economia emergente do hidrogaªnio.
O sensor éfeito com um chip eletra´nico, que écoberto por uma fina camada de
cristais fota´nicos e, em seguida, um composto de tita¢nio e pala¡dio.
Crédito: RMIT University
"O hidrogaªnio tem potencial para ser o combustavel do futuro, mas sabemos que os temores de segurança podem afetar a confianção do paºblico nesta fonte de energia renova¡vel", disse ele.
"Ao fornecer tecnologia de detecção precisa e confia¡vel que pode detectar o menor dos vazamentos, bem antes que se tornem perigosos, esperamos contribuir para o avanço de uma economia de hidrogaªnio que pode transformar os suprimentos de energia em todo o mundo."
Saliaªncias da borboleta: como funciona o sensor
O núcleo inovador do novo sensor éfeito de pequenas esferas conhecidas como cristais fota´nicos ou coloidais.
Essas formas ocas, semelhantes a s minaºsculas saliaªncias encontradas nasuperfÍcie das asas de uma borboleta, são estruturas altamente ordenadas e ultraeficientes na absorção de luz.
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Essa eficiência significa que o novo sensor pode extrair toda a energia de que precisa para operar de um feixe de luz, em vez de calor.
Ph.D. O pesquisador e primeiro autor Ebtsam Alenezy disse que o sensor de temperatura ambiente era mais seguro e mais barato de operar, em comparação com sensores de hidrogaªnio comerciais que normalmente operam de 150C a 400C.
"Os cristais fota´nicos permitem que nosso sensor seja ativado pela luz e também fornecem a consistaªncia estrutural que écratica para um sensoriamento confia¡vel de gás", disse ela.
"Ter uma estrutura consistente, qualidade de fabricação consistente e resultados consistentes são vitais - e éisso que a natureza nos entregou por meio dessas formas bioinspiradas.
Essas minaºsculas esferas ocas conhecidas como cristais fota´nicos, inspiradas na
superfacie irregular das asas de uma borboleta, são o núcleo inovador do
novo sensor de hidrogaªnio. Imagem ampliada 40.000 vezes.
Crédito: RMIT University
"O processo de fabricação bem desenvolvido para cristais fota´nicos também significa que nossa tecnologia éfacilmente escala¡vel para naveis industriais, já que centenas de sensores podem ser produzidos rapidamente de uma vez."
Para fazer o sensor, um chip eletra´nico éprimeiro coberto com uma fina camada de cristais fota´nicos e, em seguida, com um composto de tita¢nio e pala¡dio.
Quando o hidrogaªnio interage com o chip, o gás éconvertido em a¡gua. Este processo cria uma corrente eletra´nica e medindo a magnitude da corrente, o sensor pode dizer com precisão quanto hidrogaªnio estãopresente.
Ao contra¡rio de muitos sensores comerciais que lutam na presença de a³xido de nitrogaªnio, a nova tecnologia éaltamente seletiva para que possa isolar com precisão o hidrogaªnio de outros gases.
Aplicações médicas
Com naveis elevados de hidrogaªnio conhecidos por estarem ligados a distúrbios gastrointestinais, a tecnologia tem forte potencial para uso em diagnóstico e monitoramento médico.
Atualmente, a abordagem diagnóstica padrãoépor meio de amostras respirata³rias, que são enviadas aos laboratórios para processamento.
Sabri disse que o novo chip pode ser integrado a um dispositivo porta¡til para fornecer resultados instanta¢neos.
"Com condições intestinais, a diferença entre naveis sauda¡veis ​​de hidrogaªnio e naveis prejudiciais a saúde éminaºscula - apenas 10 partes por milha£o - mas nosso sensor pode medir com precisão essas pequenas diferenças", disse ele.
Um pedido provisãorio de patente foi depositado para a tecnologia e a equipe de pesquisa espera colaborar com fabricantes de sensores de hidrogaªnio , células de combustavel, baterias ou empresas de diagnóstico médico para comercializar o sensor.