Fazel Yavari har utvecklat en ny sensor för att detektera extremt små mängder farliga gaser. Doktoranden vid Rensselaer Polytechnic Institute utnyttjade kraften i världens tunnaste material, grafen, för att skapa en enhet som är hållbar, billigt att göra, och otroligt känslig.

En student vid institutionen för mekaniska, Aerospace, och kärnteknik på Rensselaer, Yavaris sensor öppnar dörren till en ny generation av gasdetektorer för användning av bombgrupper, försvars- och brottsbekämpande tjänstemän, såväl som i industriella miljöer. För denna innovation, Yavari har utsetts till vinnare av 2012 års $30, 000 Lemelson-MIT Rensselaer studentpris. Han är bland de tre 2012 $30, 000 Lemelson-MIT Collegiate Student Prize-vinnare tillkännages idag.

”Innovativa lösningar på morgondagens utmaningar kräver en viss typ av individ – en som är redo och villig att ta kalkylerade risker och ta tillvara lovande möjligheter. Dessa förändringsarkitekter driver fram den senaste tekniken, och kan påverka framsteg på global skala, ” sa Rensselaers president Shirley Ann Jackson. "Fazel Yavari, med sitt kreativa utnyttjande av grafen för att skapa en lovande ny gassensor, är ett fantastiskt exempel på en sådan förändringsarkitekt. Vi gratulerar honom, och applåderar alla vinnare och finalister av Lemelson-MIT Collegiate Student Prize för att de har förnyat en djärvare, ljusare framtid.”

Yavari är den sjätte mottagaren av Lemelson-MIT Rensselaer Student Prize. Första gången 2007, priset delas ut årligen till en Rensselaer senior eller doktorand som har skapat eller förbättrat en produkt eller process, tillämpat en teknik på ett nytt sätt, designade om ett system, eller visat anmärkningsvärd uppfinningsrikedom på andra sätt.

"Årets Lemelson-MIT Collegiate Student Prize-vinnare och finalister från MIT, RPI, och UIUC hjälper till att uppfylla landets behov av innovation. Dessa elevers passion för uppfinningar och deras idéer kommer att förbättra människors liv runt om i världen, säger Joshua Schuler, verkställande direktör för Lemelson-MIT-programmet. "Vi applåderar deras prestationer som också utan tvekan kommer att inspirera framtida generationer av uppfinnare."

Grafendriven gasdetektion

Med sitt projekt, med titeln "Högkänslighetsdetektering av farliga gaser med hjälp av ett grafenskumnätverk, ” Yavari övervinner de brister som har hindrat nanostrukturbaserade gasdetektorer från att nå marknaden.

Att upptäcka spårmängder av farliga gaser som finns i luften är en kritisk säkerhets- och hälsoövervägande i många olika situationer, från industriell tillverkning och kemisk bearbetning till bombdetektering och miljöövervakning. Konventionella gassensorer är antingen för skrymmande och dyra, vilket begränsar deras användning i många applikationer, eller så är de inte tillräckligt känsliga för att upptäcka spårmängder av gaser. Också, många kommersiella sensorer kräver mycket höga temperaturer för att detektera gaser på ett adekvat sätt, och kräver i sin tur stora mängder ström.

Forskare har länge försökt att utnyttja kraften hos nanomaterial för gasdetektering. Individuella nanostrukturer som grafen, ett atomtjockt ark av kolatomer ordnade som ett nanoskala hönsnätsstängsel, är extremt känsliga för kemiska förändringar. Dock, att skapa en enhet baserad på en enda nanostruktur är kostsamt, mycket komplex, och de resulterande enheterna är extremt ömtåliga, benägna att misslyckas, och erbjuder inkonsekventa avläsningar.

Yavari har övervunnit dessa hinder och skapat en enhet som kombinerar den höga känsligheten hos ett nanostrukturerat material med hållbarheten, lågt pris, och enkel användning av en makroskopisk anordning. Hans nya grafenskumsensor, ungefär lika stor som ett frimärke och lika tjock som filt, fungerar i rumstemperatur, är betydligt billigare att tillverka, och fortfarande mycket känslig för små mängder gaser. Sensorn fungerar genom att läsa förändringarna i grafenskummets elektriska ledningsförmåga när det möter gaspartiklar och de fastnar på skummets yta. En annan fördel med Yavaris enhet är dess förmåga att snabbt och enkelt ta bort dessa fastnade kemikalier genom att applicera en liten elektrisk ström.

Den nya grafenskumsensorn har konstruerats för att detektera gaserna ammoniak och kvävedioxid, men kan konfigureras för att fungera med andra gaser också. Ammoniakdetektering är viktig eftersom gasen ofta används i industriella processer, och ammoniak är en biprodukt av flera sprängämnen. Kvävedioxid är också en biprodukt av flera sprängämnen, samt en noggrant övervakad förorening som finns i förbränningsavgaser och bilutsläpp. Yavaris sensor kan detektera båda gaserna i mängder så små som 0,5 ppm vid rumstemperatur.