Istraživački tim je razvio hibridni gasni senzor grafena i metala inspirisan ljudskim plućima, koji može da prati izuzetno niske koncentracije azot-dioksida na nivou od jedne milijarde u realnom vremenu. Ova studija je objavljena onlajn 30. maja 2023. u časopisu Nature Communications.
Kao senzor visokih performansi, očekuje se da će se primeniti na zdravstvene uređaje zbog jednostavnog procesa proizvodnje, dobre energetske efikasnosti i fleksibilnosti.
Azot-dioksid, jedan od glavnih faktora koji doprinosi finoj prašini, je opasna supstanca koja potencijalno može izazvati kardiovaskularne bolesti i degenerativne bolesti mozga. Da bi se azot-dioksid držao pod kontrolom, ključno je razviti senzor koji može da prati njegove koncentracije. Performanse senzora azot-dioksida određuju se koliko je niska njegova „granična detekcija” i koliko brzo senzor može da otkrije koncentraciju jedinjenja.
Tradicionalni monitoring azot-dioksida se uglavnom sprovodi u hemiluminiscentnim stanicama, koje su velike zapremine, skupe i ograničene u pogledu pokrivenosti prostornim merenjem. Zbog toga stanice ne mogu da daju personalizovane informacije o zagađenju vazduha. Iako bi poluprovodnički senzori mogli biti alternativa, komercijalizacija ovih senzora je ograničena jer ne samo da ne ispunjavaju standarde granice detekcije, već zahtevaju i visoke radne temperature.
Da bi prevazišao ova ograničenja, istraživački tim na čelu sa profesorom Kvonom uspešno je proizveo hibridnu strukturu koja selektivno uzgaja metalno-organski okvir (MOF) sa izuzetno visokom nano-poroznošću na podstrukturi laserski indukovanog grafena (LIG), sposobnog da pokrije površinu veliku kao fudbalski teren sa samo 1g, i razvio senzor koji može da prati izuzetno niske koncentracije azot-dioksida u realnom vremenu.
Što je još važnije, senzor koji je razvio istraživački tim ima hijerarhijsku strukturu pora, koja je inspirisana ljudskim plućima. Struktura ima svoje prednosti ne samo u velikoj površini već iu brzoj razmeni gasa. Shodno tome, tim je uspešno postigao najnižu granicu detekcije (0,168 ppb) i najbrže vreme odgovora (15 sekundi) u poređenju sa konvencionalnim senzorima azot-dioksida.
Štaviše, kako je hibridni senzor, razvijen u ovoj studiji, bio zasnovan na laserskom procesu, istraživački tim je lako proizvodio elektrode bez složene infrastrukture, kao što je vakuumska oprema, i istovremeno je rešio poteškoće u oblikovanju MOF-a, koji ranije nije bio dostupan. . Pored toga, očekuje se da će se fleksibilna struktura senzora za gas, koja može održati svoje performanse čak i ako se savije do 10.000 puta, primeniti na nosive zdravstvene uređaje visokih performansi.
Prvi autor studije je Hieong-tae Lim, student kombinovanih master i doktorskih studija. program, a istraživanje je vodio profesor Hiuk-jun Kvon na Odeljenju za elektrotehniku i računarstvo Instituta za nauku i tehnologiju Daegu Gieongbuk (DGIST).
„Inspiraciju smo dobili iz ljudskih pluća i razvili senzor koji može da zaštiti ljude od zagađenja vazduha izazvanog brzom urbanizacijom poslednjih godina. Nadamo se da će senzor u budućnosti moći da se primeni na nosive uređaje kako bi pružio personalizovane zdravstvene informacije“, rekao je Kvon.
