Naukowcy stworzyli ołówek z kompozycji nanorurek węglowych, którym można narysować czujniki gazu bezpośrednio na papierze. Tania i bardzo szybka metoda może przynieść ogromne postępy w produkcji sensorów i czujników gazu, zanieczyszczeń zarówno dla zastosowań publicznych, jak i prostych wentylacji łazienkowych.
Lotne związki organiczne, LZO (z ang. volatile organic compounds – VOCs) występują jako uboczne produkty w wielu procesach przemysłowych i stanowią źródło zanieczyszczeń środowiska. To ogromne zagrożenie dla zdrowia w miejscach publicznych oraz w miejscu pracy. Niektóre lotne związki organiczne przyczyniają się do powstawania fotochemicznego smogu.
Smog fotochemiczny (nazywany też smogiem białym lub smogiem jasnym) to typ smogu powstający w słoneczne dni przy dużym ruchu ulicznym. Brunatna mgła, która zwykle pojawia się nad miastami podczas gorącej, słonecznej pogody, kiedy to mieszanka czynników zanieczyszczających powietrze, zwłaszcza spalin wchodzi w reakcję ze światłem słonecznym, w wyniku czego powstaje trujący gaz, czyli ozon. Gaz ten może być przyczyną trudności w oddychaniu. Smog fotochemiczny powoduje podrażnienie oczu, dróg oddechowych oraz uszkodzenia roślin.
Przez zmielenie i zmieszanie nanostruktur cząsteczek węgla z różnymi selektorami gazów mogą zostać stworzone czujniki do wykrywania odmiennych zanieczyszczeń.
Z tego powodu zapotrzebowanie na czujniki gazu stale wzrasta. Według autora publikacji Tima Swagera z Massachusetts Institute of Technology w USA, rynek czujników wart jest około 3 000 000 000 dolarów rocznie i spodziewa się znacznego wzrostu wartości w ciągu najbliższych kilku lat.
Gazowe sensory Swagera wykorzystywane w pomiarach zanieczyszczeń powietrza budowane są na bazie chemirezystorów, które rejestrują zmianę przewodności podczas oddziaływania z substancją badaną.
W celu “narysowania” czujnika ołówkiem zespół zmieszał nanostruktury węgla w postaci nanorurek węglowych lub grafitu z wybranymi molekułami, w tym przypadku z cząsteczkami naftelenu i hydrafluoropropylenu, które reagują selektywnie na różne związki chemiczne. Związki zostały odpowiednio zmielone w młynie kulowym i uformowano z nich tradycyjny rysik.
Ostatnim krokiem naukowców było narysowanie wzoru czujnika na celulozowym papierze oraz dodanie złotych elektrod na obu końcach.
Czujnik był w stanie wykryć i odróżnić opary acetonu, tetrahydrofuranu i dimetylofosfonianu dimetylu dzięki zmianom podczas interakcji z cząsteczkami selektora. Proces produkcji jest tak prosty, że czujnik gazu z nowymi cząsteczkami selektora może powstać w ciągu zaledwie 15 minut.
Tak zaawansowane czujniki mogą być wykorzystywane do testowania pożywienia, np wykrywania amin uwalnianych przez ryby. Innym przykładem jest dynamiczna wentylacja – czujniki bezprzewodowe mogą być umieszczone wokół budynku i połączone z systemem wentylacji. Klimatyzacja może zostać automatycznie włączona, gdy poziom dwutlenku węgla zaczyna rosnąć.
Źródło:
[1] Rapid prototyping of carbon-based chemiresistive gas sensors on paper. Katherine A. Mirica, Joseph M. Azzarelli, Jonathan G. Weis, Jan M. Schnorr, and Timothy M. Swager. Department of Chemistry, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139
[2] http://www.bbc.co.uk/news/technology-19899016 | 15.08.2013
[3] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23942132 | 15.08.2013
[4] pencil by Aleksandar Cocek (tamburix), flickr.com, CC BY-SA 2.0