Un matériau poreux avec des poches sur mesure cousues dans sa structure est un matériau prometteur pour la détection des gaz nocifs. Un film mince du matériau, appliqué sur une électrode, formé un capteur électronique capable de détecter des traces de dioxyde de soufre gazeux. Le capteur est une étape importante vers des appareils du monde réel qui peuvent renifler des gaz dangereux dans l'air réel.

Bien que plusieurs instruments d'analyse de laboratoire puissent détecter des traces d'un gaz spécifique dans l'air, ces instruments sont généralement de grande taille, cher, machines gourmandes en énergie. Il y a encore besoin de petits, peu coûteux, capteurs écoénergétiques qui, par exemple, pourraient être largement déployés autour des sites industriels pour surveiller en permanence la qualité de l'air.

Une façon prometteuse de fabriquer de tels capteurs implique des matériaux poreux appelés cadres organométalliques (MOF). En fabriquant le MOF à partir de différents atomes métalliques et de lieurs organiques, les chercheurs peuvent créer des matériaux qui absorbent sélectivement des gaz spécifiques dans des poches sur mesure au sein de la structure. Deux groupes de recherche KAUST, dirigé par un scientifique des matériaux, Mohamed Eddaoudi, et ingénieur en électronique, Khaled Salama, s'est récemment associé pour développer des capteurs de gaz à base de MOF.

La première étape a été achevée en 2015 lorsque l'équipe a réalisé un capteur de preuve de concept en enduisant une couche de MOF sur une électrode. L'appareil détecte les gaz de la même manière qu'un écran tactile détecte un doigt. Le gaz modifie la capacité du capteur MOF, une propriété électronique qui peut être mesurée directement à l'aide de l'électrode.

Maintenant, l'équipe travaille sur des applications spécifiques. "Notre travail actuel vise à identifier le MOF idéal, en termes de sensibilité et de sélectivité, pour la détection de dioxyde de soufre, " dit Valeriya Chernikova, un doctorat étudiant du laboratoire d'Eddaoudi.

Les chercheurs ont sélectionné une version à base d'indium d'un MOF appelé MFM-300 comme matériau de capteur. Un film mince du matériau pourrait être développé sur l'électrode dans des conditions douces qui n'endommagent pas le circuit du capteur. Le matériau résultant forme des poches bordées de deux groupes -OH et de quatre groupes C-H qui se lient sélectivement aux molécules de dioxyde de soufre. Dans des tests en laboratoire utilisant de simples mélanges de gaz, le capteur pourrait détecter le dioxyde de soufre à des concentrations de quelques parties par milliard.

Pour utiliser la technologie pour l'air réel, qui comprend un mélange de gaz beaucoup plus complexe, la prochaine étape consiste à développer des réseaux de capteurs qui mettent en commun les réponses de plusieurs matériaux MOF, dit Tchernikova. "Les données seront traitées à l'aide de divers algorithmes statistiques et d'apprentissage automatique pour améliorer la précision de la réponse du capteur, " poursuit-elle. "Ceci est communément appelé un 'nez artificiel'."