Världen har blivit alltmer industrialiserad under de senaste århundradena, vilket har gett massorna all slags teknik och bekvämligheter. Emellertid löper arbetare i industriella miljöer ofta risk att utsättas för många farliga gaser, såsom kvävedioxid (NO2 ). Inandning av denna gas kan leda till allvarliga luftvägssjukdomar som astma och bronkit och allvarligt äventyra industriarbetarnas hälsa. Konstant övervakning av NO2 nivåer behövs alltså för att säkerställa en säker arbetsplats.
För att hjälpa till med detta har många typer av selektiva gassensorer utvecklats med olika organiska och oorganiska material. Vissa av dem, såsom gaskromatografisensorer eller elektrokemiska gassensorer, är mycket sofistikerade, men ändå dyra och skrymmande. Å andra sidan verkar resistiva och kapacitiva sensorer baserade på halvledare vara ett lovande alternativ, med organiska halvledargassensorer (OSC) som representerar ett billigt och flexibelt alternativ.
Ändå har dessa gassensorer fortfarande vissa prestandaproblem, inklusive låg känslighet och dålig stabilitet för sensortillämpningar.
Mot denna bakgrund satte sig ett team av forskare från Korea, ledda av professor Yeong Don Park från Institutionen för energi och kemiteknik vid Incheon National University, för att hitta innovativa strategier för att ta OSC NO2 sensorteknik till nästa nivå.
Deras studie publicerades i Chemical Engineering Journal .
För detta ändamål föreslog teamet en hybrid organisk-oorganisk gassensordesign baserad på kombinationen av en ledande organisk polymer och perovskit nanokristaller. De inkorporerade en CsPbBr3 perovskit till en ledande polymermatris för att förbättra dess gasavkänningsprestanda samtidigt som avkänningshastigheten bibehålls.
De modifierade ytterligare ytan av perovskit-nanokristallerna med zwitterjoniska polymerligander. När de väl hade hydratiserats förbättrade dessa ligander affiniteten hos sensorn för NO2 avsevärt gasmolekyler, vilket resulterar i förbättrad absorption.
Ytterligare experiment visade att den föreslagna designen överträffade konventionella sensorer när det gäller kemisk känslighet för NO2 . Dessutom var deras system mycket motståndskraftigt mot oxidation, tack vare den skyddande verkan av perovskit-nanokristallerna. Således kunde den stå emot lagring i omgivande förhållanden i flera veckor, vilket visar upp imponerande hållbarhet och högre potential för långtidsinstallation.
"Våra resultat tyder på ett nytt tillvägagångssätt för utveckling och design av gassensorer baserade på olika materialkompositer för att uppnå både överlägsen känslighet och selektivitet", framhåller Prof. Park samtidigt som han diskuterar resultaten.
Med tanke på att OSC:er kan utformas för att vara flexibla, lätta och relativt billiga när de massproduceras, skulle de kunna bana väg för det utbredda antagandet av gassensorer i olika sammanhang.
"Utöver specifika inställningar som industrianläggningar, kan OSC-gassensorer göra det möjligt för individer att lätt få tillgång till information om luftföroreningsnivåer genom vanliga enheter som smartklockor", förklarar Prof. Park. Han tillägger vidare, "Dessa sensorer har dessutom potential att avancera diagnostisk teknik genom att underlätta tidig upptäckt av medicinska tillstånd. Därför har de potential inte bara för industriell säkerhet utan även inom områdena livsmedelssäkerhet, övervakning av kemiska substanser och medicinsk diagnos."
Mer information: Duho Jang et al, Polymeric interface engineering approach to perovskite-functionalized organic transistor-type gas sensors, Chemical Engineering Journal (2023). DOI:10.1016/j.cej.2023.145482
Journalinformation: Chemical Engineering Journal
Tillhandahålls av Incheon National University
