Coraz większe dokonania w wykrywaniu przemysłowych zanieczyszczeń za pomocą grafenu doprowadziły nas do powstania pierwszych funkcjonalnych prototypów, które mogą doczekać się komercyjnych odpowiedników. Pokazali to dobitnie fińscy naukowcy na początku bieżącego roku, dzięki czemu zdarzenie „Czujniki zanieczyszczeń II” zostało rozstrzygnięte na TAK.
Dwutlenek azotu to silnie toksyczny gaz wydzielany w milionach ton przy przemysłowej produkcji kwasu azotowego. Środowisko naukowe opracowuje coraz nowsze technologie wykrywania tej i innych trujących substancji w powietrzu. Nie jest to jednak proste zadanie – koncentracja cząsteczek trujących może wynosić często nawet zaledwie kilka sztuk na trylion (1012) cząsteczek powietrza.
Grafen, jednowarstwowa warstwa atomów węgla, znajduje się w centrum zainteresowań naukowców między innymi ze względu na niespotykane możliwości w wykrywaniu nawet pojedynczych cząstek i atomów z najbliższego otoczenia. Atomy, poprzez oddziaływanie z grafenem zmieniają jego właściwości elektryczne, na przykład opór, który może być łatwo zmierzony doświadczalnie. O ile sam grafen posiada znakomite przewodnictwo elektryczne, to pod obecność innych cząstek w otoczeniu jego opór elektryczny rośnie, przez co przepływ prądu maleje. Sama ta właściwość grafenu nie rozwiązuje jednak problemu wykrywania szkodliwych związków w atmosferze, gdyż szum pochodzący z detekcji wszystkich cząsteczek otaczających sensor praktycznie uniemożliwia odczyt sygnału pochodzącego od właściwych cząsteczek zanieczyszczeń.
Pierwsze układy, w których zaradzono temu problemowi, pochodzą z początku tego roku. Trzech naukowców z Finlandii w prototypowym czujniku tlenku azotu o rozmiarze 5 mm × 5 mm pokazało, jak znacznie podnieść precyzję takich układów. Zastosowali oni proces wyżarzania na grafenowym sensorze po każdym pomiarze stężenia gazu. Proces wyżarzania polega na niczym innym jak na ogrzaniu grafenu do wysokiej temperatury i następnie powolnym jego schłodzeniu. Okazało się, że ta metoda pozwala na skuteczne wykrywanie dwutlenku azotu nawet w tak małych stężeniach jak 1 na 5 trylionów cząsteczek. Co więcej pomiary można wykonywać w różnych warunkach atmosferycznych, m.in. dla różnych poziomów wilgotności powietrza. Dokonane przez naukowców analizy pokazują, że po udoskonaleniu metody pomiarów czujniki takie mogą znaleźć praktyczne zastosowanie w środowiskowych czujnikach stężenia tlenku azotu.
Mierniki takie zdają się przybliżać nas do możliwości praktycznego wykrywania niewidocznych zagrożeń w powietrzu. Trzymamy kciuki za naukowców z Finlandii, a także innych ośrodków badawczych na całym świecie, którzy pracują dla bezpieczniejszego jutra.
Artykuł dotyczy rozstrzygnięcia zdarzenia Czujniki zanieczyszczeń II. Zachęcamy do dyskutowania artykułu i rozstrzygnięcia w komentarzach na stronie zdarzenia.
Bibliografia:
Wikipedia - dwutlenek azotu
Ultrasensitive NO2 Gas Sensor Based on Epitaxial Graphene (ang.)
Powrót
