Nuovo materiale composito poiché i dispositivi di misurazione della CO₂-sensore

Gli scienziati dei materiali dell'ETH di Zurigo e del Max Planck Institute of Colloids and Interfaces di Potsdam hanno sviluppato un nuovo tipo di sensore in grado di rilevare l'anidride carbonica (CO₂) può misurare. È molto più piccolo, ha un design più semplice e richiede molta meno energia rispetto ai sensori esistenti, dai quali differisce completamente nel principio di funzionamento. Il nuovo sensore è costituito da un materiale composito di nuova concezione che può essere rivestito di CO₂-e, a seconda della concentrazione di CO₂-La concentrazione nell'ambiente cambia la sua conduttività. Gli scienziati dell'ETH hanno utilizzato questo materiale per costruire dei chip-sensori con i quali possono determinare la concentrazione di CO₂-concentrazione.

I materiali compositi si basano su macromolecole a catena (polimeri) composte da alcuni sali. Questi sali sono chiamati "liquidi ionici" e sono liquidi e conduttivi a temperatura ambiente. I polimeri che ne derivano hanno il nome fuorviante di "liquidi polionici", anche se non sono liquidi ma solidi.

Proprietà inaspettate

Per vari motivi, tra cui la ricerca sulle batterie e la riduzione della CO₂-in tutto il mondo stanno attualmente studiando questi liquidi polionici. Da queste ricerche si sa che i liquidi polionici possono immagazzinare CO₂ può adsorbire. "Ci siamo chiesti se fosse possibile sfruttare questa proprietà per ottenere informazioni sulla CO₂-nell'aria e quindi sviluppare un nuovo tipo di sensore di gas", afferma Christoph Willa, dottorando presso il Laboratory for Multifunctional Materials.

Infine, Willa e Dorota Koziej, assistente in capo presso lo stesso laboratorio, sono riuscite a mescolare i polimeri con alcune nanoparticelle inorganiche, anch'esse mescolate con CO₂ interagiscono. Gli scienziati hanno prodotto un materiale composito a partire dai due materiali. "Né il polimero né le nanoparticelle singolarmente sono elettricamente conduttivi", spiega la dottorando Willa. "Ma quando abbiamo mescolato i due componenti in un certo rapporto, la conduttività è aumentata rapidamente".

Cambiamenti chimici nel materiale

Questa non è stata l'unica cosa che ha stupito gli scienziati. Sono stati anche sorpresi dal fatto che la conduttività del materiale composito a temperatura ambiente CO₂-è dipendente. "I cosiddetti materiali chemioresistivi conosciuti in precedenza mostrano questa proprietà solo a temperature di diverse centinaia di gradi Celsius e oltre", spiega Dorota Koziej. I sensori realizzati con i precedenti materiali chemioresistivi dovevano quindi essere riscaldati a una temperatura operativa elevata. Questo non è necessario con il nuovo materiale composito, che lo rende molto più facile da usare.

Come interagiscono le particelle di CO₂-Non è ancora chiaro in dettaglio come avvenga il cambiamento di conduttività. Tuttavia, gli scienziati hanno trovato prove che i cambiamenti chimici si verificano all'interfaccia tra le nanoparticelle e il polimero su scala nanometrica quando le molecole di CO₂-molecole presenti. "Sospettiamo che questi effetti modifichino la mobilità delle particelle cariche nel materiale", spiega Koziej.

Analizzatori di aria respirabile per subacquei

Con il nuovo sensore, gli scienziati possono misurare la CO₂-Il sensore può misurare le concentrazioni di gas in un ampio intervallo: dalla concentrazione nell'atmosfera terrestre dello 0,04% in volume fino allo 0,25% in volume.

L'attuale sistema di stoccaggio della CO₂-I dispositivi di misurazione di solito funzionano in modo ottico e sfruttano il fatto che la CO₂ Assorbimento della luce infrarossa. Rispetto a questi dispositivi, i ricercatori affermano che il nuovo materiale può essere utilizzato per sviluppare dispositivi molto più piccoli e portatili che richiedono anche meno energia. "Sono ipotizzabili dispositivi portatili per la misurazione dell'aria respirabile per i subacquei, gli alpinisti estremi o le apparecchiature mediche", afferma Koziej.