Los socios de Graphene Flagship en el Laboratorio Nacional de Física, Reino Unido, y la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, junto con colegas del Instituto Avanzado de Tecnología, Reino Unido, la Universidad Royal Holloway, Reino Unido, y la Universidad Linköping, Suecia, han creado un bajo costo y bajo costo. -sensor de NO2 que consume energía que mide los niveles de NO2 en tiempo real, y podría ayudar a visualizar la contaminación en las zonas urbanas.

El gas NO 2 se produce al quemar combustibles fósiles, y puede causar inflamación de las vías respiratorias, dando lugar a problemas respiratorios e incluso ataques de asma. La Unión Europea y el Parlamento del Reino Unido han introducido legislación para regular la cantidad de NO 2 en el aire, pero una parte importante de la población está expuesta al NO2 niveles por encima de este límite, por lo que los expertos están pidiendo nuevas formas de monitorear los niveles de contaminantes.

Los dos métodos habituales para controlar la contaminación del aire son las técnicas de láser óptico, como la quimioluminiscencia, pero esto requiere equipos de laboratorio grandes y costosos, y detectores de óxido de metal, que son pequeños pero carecen de sensibilidad. Ninguno de estos es lo suficientemente bueno para el monitoreo continuo de NO 2 a gran escala, por lo que los investigadores de Graphene Flagship están trabajando en dispositivos de detección nuevos e innovadores.

Christos Melios, del Laboratorio Nacional de Física y el Instituto Avanzado de Tecnología, Reino Unido, y sus colegas han desarrollado un NO 2 a base de grafeno.detector que informa los niveles de contaminantes en función de los cambios en su resistencia eléctrica. Crecieron grafeno en carburo de silicio, lo grabaron en una forma apropiada y lo fusionaron en un chip detector usando cables de metal. Cuando el NO2 del aire es absorbido físicamente por la capa de grafeno, la resistencia del grafeno cambia, lo que produce una señal grabable.

«Cuando una molécula como el NO 2 se absorbe en una capa de grafeno, retira los electrones del grafeno, lo que aumenta significativamente su resistencia«, dijo Melios. «Solo se necesita una electrónica muy simple para la lectura de la señal«.

El grafeno tiene una gran relación superficie-volumen, con la mayoría de sus electrones libres en la superficie. Esto significa que cuando un NO 2la molécula se une a la superficie, se produce una transferencia de carga significativa, por lo que incluso se pueden detectar concentraciones muy bajas de NO 2 . «Logramos una sensibilidad de 10 ppb para el NO 2 , que es extremadamente bajo y realmente deseable para el monitoreo ambiental», continuó Melios. «También lo medimos en diferentes entornos, tratamos de imitar el ambiente, por lo que variamos la humedad y las temperaturas, y también mezclamos diferentes gases, para poder confirmar que el sensor funciona en un entorno real».

La simplicidad del dispositivo significa que los sensores pequeños disponibles en el mercado se pueden adaptar fácilmente para obtener un NO 2 precisodetección. Estos sensores baratos y adaptables podrían instalarse en una ciudad, como en farolas y letreros de calles, para formar una red robusta de sensores y crear un ‘mapa de calor’ de la calidad del aire, recolectando datos de contaminación en tiempo real todo el día y noche. Alternativamente, los sensores móviles podrían ser transportados por peatones y ciclistas para el monitoreo de datos ambientales personales.

La coautora Olga Kazakova, también del Laboratorio Nacional de Física, Reino Unido, dijo: «Comprender el problema es el primer paso para resolverlo. Si solo monitorea algunos cruces o caminos para detectar NO2 contaminación, no se obtiene una imagen precisa del medio ambiente. Para hacer esto, se debe configurar una red que muestre el nivel de contaminación que cambia dinámicamente en diferentes momentos del día y del año, para que pueda conocer el nivel real de exposición crítica«.

Con estos datos, las personas podrían usar aplicación para verificar a qué cantidad de NO 2 podrían estar expuestos en su ruta planificada, y los ayuntamientos podrían usar esta información para restringir y desviar automóviles cerca de escuelas y hospitales. Según Melios, esto permitiría a los órganos de gobierno adoptar medidas restrictivas específicas áreas reconocidas como altamente contaminantes. «Si puede medir la contaminación de NO 2 con precisión, puede producir leyes explícitas y temporales para áreas específicas, en lugar de cubrir ciudades enteras«, dijo.

Andrea C. Ferrari, oficial de ciencia y tecnología de Graphene Flagship y presidenta de su Panel de Gestión, agregó: «La detección de NO 2 fue una de las primeras aplicaciones demostradas de grafeno. Los socios emblemáticos ahora han desarrollado esto en dispositivos prácticos para el uso diario. otro ejemplo más de innovación alimentado por la naturaleza colaborativa de nuestro proyecto».

‘Detección de concentración ultrabaja de NO2 en entornos complejos utilizando sensores de grafeno epitaxial’, sensores ACS, 2018, 3, 9, 1666-1674. Christos Melios, Vishal Panchal, Kieran Edmonds, Arseniy Lartsev, Rositsa Yakimova y Olga Kazakova.