Des scientifiques de l'Université de Southampton, en partenariat avec le Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST), ont développé un capteur et un commutateur à base de graphène qui peuvent détecter la pollution atmosphérique nocive dans la maison avec une très faible consommation d'énergie.

Le capteur détecte les molécules de CO2 individuelles et les molécules de gaz de composés organiques volatils (COV) présentes dans les matériaux de construction et d'intérieur, des meubles et même des articles ménagers, qui nuisent à notre vie dans des maisons modernes avec une bonne isolation.

Ces gaz chimiques nocifs ont de faibles concentrations de niveaux ppb (parties par milliard) et sont extrêmement difficiles à détecter avec la technologie actuelle des capteurs environnementaux, qui ne peut détecter que des concentrations de parties par million (ppm).

Dans les années récentes, il y a eu une augmentation des problèmes de santé dus à la pollution de l'air dans les espaces de vie personnels, connu sous le nom de syndrome des bâtiments malsains (SBS), ainsi que d'autres conditions telles que les syndromes de voiture malade et d'école malade.

Le groupe de recherche, dirigé par le professeur Hiroshi Mizuta, qui détient une nomination conjointe à l'Université de Southampton et JAIST, et le Dr Jian Sun et le professeur adjoint Manoharan Muruganathan de JAIST, a développé le capteur pour détecter les molécules individuelles de CO2 adsorbées (la liaison des molécules d'un gaz à une surface) sur le graphène en suspension (feuille atomique unique d'atomes de carbone disposés dans une structure de réseau cristallin hexagonal en nid d'abeille) une par une en appliquant un champ à travers la structure.

En surveillant la résistance électrique du faisceau de graphène, les processus d'adsorption et de désorption (par lesquels une substance est libérée depuis ou à travers une surface) de molécules individuelles de CO2 sur le graphène ont été détectés comme des changements «quantifiés» de résistance (augmentation ou diminution progressive de la résistance). Dans l'étude, publié aujourd'hui dans Avancées scientifiques , le journal de l'American Association for the Advancement of Science (AAAS), un petit volume de gaz CO2 (équivalent à une concentration d'environ 30 ppb) a été libéré et le temps de détection n'était que de quelques minutes.

Le professeur Mizuta a déclaré :« Contrairement aux outils de surveillance environnementale disponibles dans le commerce, cette technologie de détection extrême nous permet de réaliser une miniaturisation importante, résultant en une réduction de poids et de coûts en plus de l'amélioration remarquable de la limite de détection des niveaux ppm aux niveaux ppb."

Membres du groupe de recherche, Dr Harold Chong de Southampton et Dr Marek Schmidt et Dr Jian Sun de JAIST, ont également récemment développé des commutateurs à base de graphène (publiés dans le numéro de mars de Nanoéchelle , le journal de la Royal Society of Chemistry) en utilisant un film mince unique développé à l'Université de Southampton.

Les interrupteurs, qui nécessitent des tensions remarquablement basses (inférieures à trois volts), peut être utilisé pour alimenter des composants électroniques à la demande, améliorant considérablement la durée de vie de la batterie des appareils électroniques personnels.

Le professeur Mizuta et le groupe de recherche visent maintenant à réunir les deux technologies pour créer des systèmes de capteurs environnementaux à ultra-faible consommation capables de détecter des molécules uniques.