Ett poröst material med skräddarsydda fickor insydda i sin struktur är ett lovande material för att känna av skadliga gaser. En tunn film av materialet, belagd på en elektrod, bildade en elektronisk sensor som kunde upptäcka spår av svaveldioxidgas. Sensorn är ett viktigt steg mot verkliga enheter som kan lukta upp farliga gaser i verklig luft.

Även om flera labbbaserade analysinstrument kan upptäcka spår av en specifik gas i luften, dessa instrument är vanligtvis stora, dyr, kraftkrävande maskiner. Det finns fortfarande ett behov av små, billig, energieffektiva sensorer som, till exempel, skulle kunna distribueras brett runt industrianläggningar för att kontinuerligt övervaka luftkvaliteten.

Ett lovande sätt att tillverka sådana sensorer involverar porösa material som kallas metall-organiska ramverk (MOF). Genom att göra MOF från olika metallatomer och organiska länkar, forskare kan skapa material som selektivt absorberar specifika gaser i skräddarsydda fickor i strukturen. Två KAUST forskargrupper, ledd av materialvetare, Mohamed Eddaoudi, och elektronikingenjör, Khaled Salama, nyligen samarbetat för att utveckla MOF-baserade gassensorer.

Det första steget slutfördes 2015 när teamet gjorde en proof-of-concept-sensor genom att belägga ett MOF-lager på en elektrod. Enheten känner av gaser på liknande sätt som en pekskärm känner av ett finger. Gasen ändrar MOF-sensorns kapacitans, en elektronisk egenskap som kan mätas direkt med hjälp av elektroden.

Nu, teamet arbetar mot specifika tillämpningar. "Vårt nuvarande arbete syftar till att identifiera den ideala MOF, när det gäller känslighet och selektivitet, för detektion av svaveldioxid, " säger Valeriya Chernikova, en doktorsexamen student från Eddaoudis labb.

Forskarna valde en indiumbaserad version av en MOF kallad MFM-300 som sitt sensormaterial. En tunn film av materialet kan odlas på elektroden under milda förhållanden som inte skadar sensorkretsen. Det resulterande materialet bildar fickor fodrade med två -OH-grupper och fyra C-H-grupper som selektivt binder svaveldioxidmolekyler. I labbtester med enkla blandningar av gaser, sensorn kunde detektera svaveldioxid i koncentrationer på bara några delar per miljard.

För att använda tekniken för riktig luft – som består av en mycket mer komplex blandning av gaser – är nästa steg att utveckla sensormatriser som slår samman svaren från flera MOF-material, säger Chernikova. "Data kommer att bearbetas med hjälp av olika statistiska och maskininlärningsalgoritmer för att förbättra noggrannheten i sensorns svar, " fortsätter hon. "Detta kallas vanligtvis för en 'konstgjord näsa'."