Forskare vid University of Sussex har samarbetat med ett Oxford -företag, M-SOLV, och ett team av forskare från hela Europa för att utveckla en mycket känslig och exakt kvävedioxid (NO ₂ ) sensor med livräddande potential i hemmet, offentliga och industriella miljöer. En stor luftförorening som härrör från förbränningsmotorer och industriella processer, långsiktig exponering för NO ₂ kan orsaka andningsproblem, vilket kan vara särskilt allvarligt och till och med livshotande för spädbarn och astmasjuka.

Gassensorn kan, för första gången, ge exakta avläsningar av NEJ ₂ nivåer i den lokala miljön i en prisvärd och bärbar Internet-of-Things-enhet, som kan synkronisera med smartphones och applikationer.

Europeiska unionens föreskrifter tillåter en tröskel på 20 delar per miljard (ppb) NO ₂ i luften som ska överskridas högst 18 gånger på ett år. Dock, ensam i London, månadsgenomsnittet är regelbundet över detta. Övervakning av luftkvaliteten för att förhindra sådan exponering vid ppb -nivåer är för närvarande endast möjlig med obehaglig, dyr utrustning och är därför inte allmänt implementerad.

Utmaningen som forskarna stod inför, därför, var att skapa en enhet som var känslig och noggrann nog att upptäcka under 20 delar per miljard NO ₂ i luften, men som också skulle fungera i verkliga situationer och som skulle vara bekvämt och överkomligt nog för att ha potential för utbredd användning.

Deras genombrott kom när de utvecklade ett NEJ ₂ avkänningsskikt baserat på en laseravsatt kol -aerogel (LDCA), som de visade sig ha exceptionell selektivitet mot NO ₂ över andra vanliga luftföroreningar, vilket gör det unikt bland kolnanomaterial.

Använda en billig, skalbar laserprocess i ett steg, den tunna, porös och väl vidhäftad film av LDCA deponeras sedan på elektroder som kan rymmas i en rad olika enhetstrukturer för kontinuerlig luftövervakning. Sensorn är så känslig att den kan upptäcka nära 10 delar per miljard NO ₂ på under 15 minuter och, avgörande, kan fungera vid rumstemperatur - till och med fungera bra under fuktiga förhållanden, en problematisk miljö för många andra sensorer.

Professor Alan Dalton, som leder Materials Physics -gruppen vid University of Sussex säger:"Som kondens på en fönsterruta, nanomaterial som kolet som vi har använt i denna utveckling, har nästan alltid ytvatten. I vanliga fall, detta är en riktigt dålig sak eftersom det stör tekniken, men i det här fallet, Vi har kunnat använda detta vattenskikt till vår fördel för att selektivt lösa NO ₂ i stället för andra flyktiga ämnen som normalt finns i omgivande förhållanden. Som fysiker, det här är riktigt spännande, eftersom det är det som ger vår sensor en så hög känslighet för NO ₂ under verkliga förhållanden, se till att vi undviker falskt positiva avläsningar. Som pappa, en av de saker som har motiverat mig att fortsätta denna utveckling var att höra om påverkan av farliga halter av NO ₂ i luften - något som vi ser regelbundet i våra storstäder - om spädbarnssjukdom. Det är ingen nyhet att urbana miljöer ser höga föroreningar, men utan utbredd och noggrann övervakning av luftkvaliteten är de flesta av oss i mörkret om hur skadlig luften i vårt närområde verkligen kan vara för oss själva och våra barn. "

Potentiella applikationer för sensorn kan innefatta:som en säkerhetsanordning för att övervaka luftkvaliteten i ett barns sovrum; att hjälpa till att informera de bästa gång- eller cykelvägarna och tiderna på dygnet för att undvika höga föroreningsnivåer; och även av fastighetsmäklare för att ge potentiella husköpare information om kvävedioxidhalten i ett hem och område. Forskarna hoppas att tekniken kommer att användas av råd för att spåra föroreningsnivåer i stadsmiljöer och industri.

Peter Lynch, en postdoktor vid University of Sussex som spelade en nyckelroll i sensorutvecklingen, säger, "Som ett team av forskare från hela Europa, ett av våra gemensamma mål var att utveckla en sensor som inte bara skulle fungera fantastiskt utanför labbet, men det skulle också vara tillräckligt överkomligt för att vara tillgängligt för ditt genomsnittliga hushåll, se till att fler av oss har tillgång till information om luftkvalitet i vårt närområde och timme för timme. Förutom att hjälpa individer att göra välgrundade val, vår förhoppning är att dessa uppgifter också kan komma in i en nationell - även över hela världen - föroreningsövervakningsdatabas, för att åstadkomma en positiv effekt på luftkvaliteten. "

Adam Brunton, chef för affärsutveckling på M-SOLV, som tillverkar NO ₂ avkänningsanordning, sa, "En trevlig sak med den här sensorn är att den är gjord med hjälp av välkänd utrustning och material som vi redan har i vårt Large Area Electronics Manufacturing Clean -rum här i Oxford. Det betyder att den är kompatibel med vanliga smarttelefontillverkningstekniker och enkelt kan integreras med bearbetningselektronik, trådlös kommunikation, mobila nätverk, etc. Att få fjärråtkomst till data från en enskild enhet eller ett stort nätverk av dessa sensorer är därför en ganska enkel process. "