Le suivi de la qualité de l'eau se fait actuellement principalement au niveau des prises d'eau ou des stations d'épuration, plutôt que le long des lignes de distribution d'eau ou au point d'utilisation. Ceci est insuffisant car des changements négatifs peuvent se produire dans la qualité de l'eau entre la source d'eau et votre robinet. Il est essentiel de surveiller cette ressource naturelle clé pour divers contaminants, tels que les ions de métaux lourds toxiques, dans les systèmes de distribution et de traitement de l'eau.

Des technologies de détection précises et accessibles sont nécessaires pour assurer un contrôle continu de la qualité de l'eau et des capacités d'alerte précoce afin d'éviter des catastrophes pour la sécurité publique comme la crise de l'eau de Flint en cours dans le Michigan.

Lors du 64ème Symposium &Exposition International de l'AVS, qui se tiendra du 29 octobre au nov. 3, 2017, à Tampa, Floride, Junhong Chen, professeur distingué de génie mécanique, science et ingénierie des matériaux à l'Université du Wisconsin-Milwaukee, présentera son travail sur l'invention d'une plate-forme de détection à base de graphène pour le temps réel, détection à faible coût de divers contaminants de l'eau. Le nouveau capteur détecte les métaux lourds, bactéries, nitrates et phosphates.

"Notre technologie répond à un besoin non satisfait de temps réel, surveillance à faible coût des contaminants critiques dans l'eau potable, " a déclaré Chen. " L'eau joue un rôle important dans le monde économique, mais seulement 3 pour cent de l'eau disponible est potable, et avec une demande croissante, le besoin d'eau potable augmente."

Graphène, une couche unique d'atomes de carbone disposés en un réseau en nid d'abeilles 2-D, est un nanomatériau prometteur grâce à sa structure unique et ses propriétés électriques.

"Le graphène intrinsèque est un semi-conducteur à espace nul qui a une mobilité électronique remarquablement élevée (100 fois supérieure à celle du silicium), ce qui le rend attractif pour les sensibles, capteurs chimiques et biologiques à grande vitesse grâce à sa grande sensibilité aux perturbations électroniques, " il a dit.

Le capteur fonctionne en plaçant des nanofeuilles à base de graphène qui sont semi-conductrices entre un espace d'électrode. La conductivité électrique du matériau graphène change avec la liaison des substances, appelés analytes, à sa surface et leurs constituants chimiques sont identifiés et mesurés.

"L'ampleur du changement de conductivité peut être corrélée à la concentration de l'analyte, et la technologie implique également la fonctionnalisation de la surface du matériau graphène avec des sondes spécifiques qui peuvent cibler un analyte spécifique, " dit Chen.

Le capteur est basé sur un transistor à effet de champ (FET) avec de l'oxyde de graphène réduit (rGO) comme canal de détection. "Le principe de fonctionnement du capteur est que la conductivité rGO (généralement mesurée en résistance) change avec la liaison de produits chimiques tels que les métaux lourds aux sondes ancrées sur la surface rGO, " a-t-il dit. " Ainsi, la présence des produits chimiques peut être déterminée en mesurant le changement de résistance du capteur. "

En déployant ces capteurs en temps réel pour surveiller les contaminants de l'eau dans les systèmes de distribution d'eau, selon Chen, ils pourraient fournir une alerte précoce de la contamination chimique et biologique de l'eau, améliorer la salubrité de l'eau et les avantages pour la santé publique.

« La technologie de la plate-forme peut également être perfectionnée pour détecter divers analytes pour les aliments et les boissons, ainsi que pour des applications biomédicales, " dit Chen.

Chen a lancé une startup, NanoAffix Science LLC, pour commercialiser sa technologie de détection de la qualité de l'eau. Avec un financement de la National Science Foundation et en partenariat avec plusieurs compagnies des eaux, ils ont déjà développé un prototype d'appareil portatif pour détection à faible coût des ions plomb dans l'eau potable. « Nous affinons maintenant le prototype pour en faire un produit commercial dans un proche avenir, " dit Chen.