Des ingénieurs australiens ont développé un petit capteur de gaz ammoniac qui pourrait permettre un stockage plus sûr de l'hydrogène et des dispositifs de diagnostic médical spécialisés.
Le capteur de validation de principe simple mais efficace décrit dans Matériaux fonctionnels avancés est le résultat de la collaboration de chercheurs de l'Université RMIT, de l'Université de Melbourne et du Centre d'excellence ARC pour les systèmes méta-optiques transformateurs (TMOS).
L'exposition à des niveaux élevés d'ammoniac peut entraîner des maladies pulmonaires chroniques et des lésions organiques irréversibles.
On estime que 235 millions de tonnes d’ammoniac sont produites dans le monde, mais comme l’ammoniac est présenté comme l’un des meilleurs moyens de stocker l’hydrogène pour produire un carburant propre, nous pourrions en voir beaucoup plus. Une détection fiable et sensible de l'ammoniac sera essentielle pour détecter rapidement les fuites potentiellement dangereuses d'ammoniac gazeux pendant le transport de l'hydrogène, afin de garantir un fonctionnement sûr.
Mais si l’exposition humaine à l’ammoniac peut être nocive, ce gaz se retrouve également dans l’haleine humaine et peut servir de biomarqueur vital pour le diagnostic de nombreuses maladies telles que les troubles liés aux reins et au foie. Étant donné que le capteur de l'équipe peut mesurer d'infimes quantités d'ammoniac, il pourrait être conçu pour détecter le gaz présent dans l'haleine des gens afin d'alerter les médecins en cas de problèmes de santé.
Le chercheur principal principal, le Dr Nitu Syed, a déclaré que le capteur contenait du dioxyde d'étain transparent, atomiquement mince, qui peut facilement suivre l'ammoniac à des niveaux beaucoup plus faibles que les technologies similaires.
"Notre appareil agit comme un" nez "électrique en détectant efficacement même la plus petite quantité d'ammoniac", a déclaré Syed, chercheur McKenzie de l'Université de Melbourne, du RMIT et du TMOS. "Le capteur est également capable de distinguer l'ammoniac des autres gaz avec plus de sélectivité que les autres technologies."
La présence d'ammoniac dans l'air modifie la résistance électrique du film d'oxyde d'étain dans le capteur :plus le niveau d'ammoniac est élevé, plus la modification de la résistance de l'appareil est importante.
L’équipe a mené des expériences avec son capteur dans une chambre spécialement conçue pour tester sa capacité à détecter l’ammoniac gazeux à diverses concentrations (5 à 500 parties par million) dans différentes conditions, notamment la température. Ils ont également testé la sélectivité de l'ammoniac de l'appareil par rapport à d'autres gaz, notamment le dioxyde de carbone et le méthane.
Le premier auteur, le Dr Chung K. Nguyen du RMIT, a déclaré que leur capteur miniaturisé offrait un moyen plus sûr et moins encombrant de détecter le gaz toxique, par rapport aux techniques existantes.
"Les approches actuelles de détection de l'ammoniac produisent des mesures précises mais nécessitent un équipement de laboratoire coûteux avec des techniciens qualifiés, un échantillonnage et une préparation approfondis", a déclaré Nguyen. "Ce processus prend souvent du temps et n'est pas portable, en raison de la taille de l'équipement nécessaire. De plus, la fabrication des détecteurs d'ammoniac d'aujourd'hui implique des processus coûteux et compliqués pour préparer les couches sensibles pour la fabrication des capteurs."
Le nouveau capteur de l'équipe peut instantanément différencier les niveaux d'ammoniac sûrs et dangereux dans l'environnement, a déclaré Nguyen.
"Le dépôt reproductible d'oxyde d'étain offre également l'opportunité d'une production de masse rentable de dispositifs de détection", a-t-il noté.
Le Dr Ylias Sabri, co-chercheur principal de l'École d'ingénierie du RMIT, a déclaré que l'équipe avait utilisé une technique peu coûteuse et évolutive pour déposer du dioxyde d'étain très fin sur un matériau de base, même sur un matériau flexible, un résultat que d'autres approches ont rencontré. défis à relever.
"Nous récoltons directement un film d'oxyde d'étain à la surface de l'étain fondu à 280 degrés Celsius. Le film est 50 000 fois plus fin que le papier", a déclaré Sabri. "Notre approche ne nécessite qu'une seule étape de synthèse, sans utiliser de solvants toxiques, de vide ou d'instruments encombrants et coûteux."
L'équipe souhaite collaborer avec des partenaires industriels pour développer et prototyper davantage le capteur afin de démontrer ses capacités de détection hautes performances, déclarant :« La méthode de fabrication s'aligne bien avec les processus de fabrication existants de l'industrie du silicium, ce qui la rend adaptée à la production de masse. » P>
Plus d'informations : Chung Kim Nguyen et al, Oxyde d'étain ultra-fin imprimé en métal liquide instantané pour capteurs d'ammoniac haute performance, Matériaux fonctionnels avancés (2023). DOI : 10.1002/adfm.202309342
Fourni par l'Université RMIT
