Газовый датчик впервые может обеспечивать точные показания уровней NO2 в локальной среде с помощью доступного и портативного устройства Интернета вещей, которое может синхронизироваться со смартфонами и приложениями.
Правила Европейского Союза позволяют преодолевать пороговое значение в 20 частей на миллиард (ppb) NO2 в воздухе не более 18 раз в год. Однако только в Лондоне среднемесячный показатель регулярно превышает этот показатель. Мониторинг качества воздуха для предотвращения такого воздействия на уровне частей на миллиард в настоящее время возможен только с помощью громоздкого и дорогостоящего оборудования и поэтому практически не реализуется.
Таким образом, перед учеными стояла задача создать устройство, которое было бы достаточно чувствительным и точным, чтобы обнаруживать в воздухе менее 20 частей на миллиард NO2, но которое также могло бы работать в реальных ситуациях, и это было бы удобно и удобно. достаточно доступный, чтобы иметь потенциал для широкого использования.
Их прорыв произошел, когда они разработали чувствительный к NO2 слой на основе углеродного аэрогеля, нанесенного лазером (LDCA), который, как они обнаружили, обладает исключительной селективностью по отношению к NO2 по сравнению с другими распространенными загрязнителями воздуха, что делает его уникальным среди углеродных наноматериалов.
Используя масштабируемый и дешевый одностадийный лазерный процесс, тонкая, пористая и хорошо приклеенная пленка LDCA затем наносится на электроды, которые затем могут быть размещены в различных конструкциях устройств для непрерывного мониторинга воздуха.
Датчик настолько чувствителен, что может обнаруживать около 10 частей на миллиард NO2 менее чем за 15 минут и, что особенно важно, может работать при комнатной температуре – даже во влажных условиях, что является проблемной средой для многих других датчиков.
Профессор Алан Далтон, возглавляющий группу физики материалов в Университете Сассекса, говорит: «Подобно конденсации на оконном стекле, наноматериалы, такие как углерод, который мы использовали в этой разработке, почти всегда содержат поверхностную воду. Обычно это действительно плохо, поскольку это мешает работе технологии, но в этом случае мы смогли использовать этот слой воды в наших интересах, чтобы выборочно растворять NO2 вместо других летучих веществ, обычно обнаруживаемых в условиях окружающей среды.
«Для физика это действительно захватывающе, поскольку именно это дает нашему датчику такую высокую чувствительность к NO2 в реальных условиях, что позволяет избежать ложноположительных показаний. Как отец, одна из вещей, которая побудила меня продолжить это развитие, – это услышать о влиянии опасных уровней NO2 в воздухе – то, что мы регулярно наблюдаем в наших больших городах – на младенческую заболеваемость. Не новость, что в городской среде наблюдается высокий уровень загрязнения, но без повсеместного и точного мониторинга качества воздуха большинство из нас не знают, насколько вредным может быть воздух в нашем районе для нас самих и наших детей."
Возможные применения датчика могут включать: в качестве устройства безопасности для контроля качества воздуха в спальне ребенка; чтобы помочь информировать о лучших пешеходных или велосипедных маршрутах и времени суток, чтобы избежать высоких уровней загрязнения; и даже агентами по недвижимости, чтобы предоставить потенциальным покупателям домов информацию об уровнях диоксида азота в доме и районе.
Ученые надеются, что эта технология будет использоваться советами для отслеживания уровней загрязнения городской среды и промышленности.
Питер Линч, постдокторант из Университета Сассекса, сыгравший ключевую роль в разработке сенсоров, говорит: «Как команда ученых со всей Европы, одна из наших общих целей заключалась в разработке сенсора, который не только фантастически работал бы снаружи. лаборатории, но это также было бы достаточно доступным для вашего среднего домохозяйства, что обеспечило бы большему количеству из нас доступ к информации о качестве воздуха в нашем районе и на почасовой основе.
"Мы не только помогаем людям сделать осознанный выбор, но и надеемся, что эти данные также могут быть внесены в национальную – даже всемирную – базу данных мониторинга загрязнения, чтобы оказать положительное воздействие на качество воздуха."
Адам Брантон, директор по развитию бизнеса компании M-SOLV, которая занимается производством сенсорного устройства NO2, сказал: «В этом сенсоре есть одна хорошая особенность: он изготовлен с использованием знакомого оборудования и материалов, которые у нас уже есть в нашем крупномасштабном производстве электроники. комната здесь, в Оксфорде. Это означает, что он совместим со стандартными технологиями производства смартфонов и может быть легко интегрирован с обрабатывающей электроникой, беспроводной связью, мобильными сетями и т. Д. Таким образом, получение удаленного доступа к данным с отдельного устройства или огромной сети этих датчиков является довольно простым процессом."