Nowy czujnik wodoru inspirowany motylem jest zasilany światłem
Zainspirowani powierzchnią skrzydeł motyla, naukowcy opracowali aktywowany światłem czujnik wodoru, który zapewnia ultra precyzyjne wyniki w temperaturze pokojowej.
Technologia ta może wykryć wycieki wodoru na długo, zanim staną się one zagrożeniem dla bezpieczeństwa. Może też mierzyć niewielkie ilości gazu w oddechu ludzi, w celu diagnozowania zaburzeń jelitowych.
Czujnik, oparty na wyboistych mikrostrukturach imitujących powierzchnię skrzydeł motyla, został szczegółowo opisany w nowym badaniu opublikowanym w czasopiśmie ACS Sensors.
Współprzewodniczący badacz, dr Ylias Sabri, powiedział, że prototyp był skalowalny, opłacalny i oferował pełny pakiet funkcji, których nie mógłby dopasować żaden czujnik wodoru dostępny obecnie na rynku.
„Niektóre czujniki mogą mierzyć niewielkie ilości, inne mogą wykrywać większe stężenia; wszystkie potrzebują dużo ciepła do pracy” – powiedział Sabri.
„Nasz czujnik wodoru może wszystko – jest czuły, selektywny, działa w temperaturze pokojowej i może wykrywać w pełnym zakresie poziomów”.
Czujnik może wykrywać wodór w stężeniach od zaledwie 10 części na milion cząsteczek (do diagnostyki medycznej). I do 40 000 części na milion (poziom, przy którym gaz staje się potencjalnie wybuchowy).
Współprowadzący badacz, dr Ahmad Kandjani, powiedział, że szeroki zakres wykrywania sprawia, że jest idealny zarówno do zastosowań medycznych, jak i do zwiększania bezpieczeństwa w powstającej gospodarce wodorowej.
„Wodór ma potencjał, by stać się paliwem przyszłości, ale wiemy, że obawy o bezpieczeństwo mogą wpłynąć na zaufanie społeczne do tego odnawialnego źródła energii” – powiedział.
„Dostarczając precyzyjną i niezawodną technologię wykrywania, która może wykryć najmniejsze wycieki na długo zanim staną się one niebezpieczne, mamy nadzieję przyczynić się do rozwoju gospodarki wodorowej, która może zmienić dostawy energii na całym świecie”.
Jak działa czujnik ?
Innowacyjny rdzeń nowego czujnika składa się z maleńkich kulek zwanych kryształami fotonicznymi lub koloidalnymi.
Te puste kształty, podobne do malutkich wybrzuszeń na powierzchni skrzydeł motyla, są wysoce uporządkowanymi strukturami, które są niezwykle wydajne w pochłanianiu światła.
Ta wydajność oznacza, że nowy czujnik może czerpać całą energię potrzebną do działania z wiązki światła, a nie z ciepła.
Doktorant i pierwszy autor, Ebtsam Alenezy, powiedział, że czujnik temperatury w pomieszczeniu jest bezpieczniejszy i tańszy w eksploatacji w porównaniu z komercyjnymi czujnikami wodoru, które zwykle działają w temperaturze od 150 ° C do 400 ° C.
„Kryształy fotoniczne umożliwiają aktywację naszego czujnika przez światło. A także zapewniają strukturalną spójność, która ma kluczowe znaczenie dla niezawodnego wykrywania gazu” – powiedziała.
„Posiadanie spójnej struktury, stałej jakości produkcji i spójnych wyników jest niezbędne. I to właśnie dostarczyła nam natura dzięki tym inspirowanym biologicznie kształtom.
„Dobrze rozwinięty proces produkcji kryształów fotonicznych oznacza również, że nasza technologia jest łatwa do skalowania do poziomu przemysłowego, ponieważ setki czujników można szybko wyprodukować naraz”.
Aby wykonać czujnik, chip elektroniczny jest najpierw pokryty cienką warstwą kryształów fotonicznych, a następnie kompozytem tytanowo-palladowym.
Kiedy wodór wchodzi w interakcję z chipem, gaz przekształca się w wodę. W procesie tym powstaje prąd elektryczny i mierząc wielkość prądu, czujnik może dokładnie określić ilość obecnego wodoru.
W przeciwieństwie do wielu komercyjnych czujników, które zmagają się z obecnością tlenku azotu. Nowa technologia jest wysoce selektywna, dzięki czemu może dokładnie izolować wodór od innych gazów.
Zastosowania medyczne
Przy podwyższonych poziomach wodoru, o których wiadomo, że są powiązane z zaburzeniami żołądkowo-jelitowymi, technologia ta ma duży potencjał do zastosowania w diagnostyce medycznej i monitorowaniu.
Obecnie standardową metodą diagnostyczną są próbki oddechu, które są wysyłane do laboratoriów w celu przetworzenia.
Sabri powiedział, że nowy chip można zintegrować z urządzeniem ręcznym, aby zapewnić natychmiastowe wyniki.
„W warunkach jelitowych różnica między zdrowym poziomem wodoru a niezdrowym poziomem jest znikoma – zaledwie 10 części na milion – ale nasz czujnik może dokładnie zmierzyć tak drobne różnice” – powiedział.
Na technologię złożono tymczasowy wniosek patentowy, a zespół badawczy ma nadzieję na współpracę z producentami czujników wodoru, ogniw paliwowych, baterii lub firmami zajmującymi się diagnostyką medyczną w celu komercjalizacji czujnika.
