Tecnologia Científica

Novo sensor de hidrogaªnio inspirado em borboletas éalimentado por luz
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).
Por RMIT University - 02/12/2020


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.
 
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.

 

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