Vattenkvalitetsövervakning sker för närvarande främst vid vattenintag eller vattenreningsverk, snarare än längs vattenfördelningsledningar eller vid användning. Detta är otillräckligt eftersom negativa förändringar kan inträffa i vattenkvaliteten mellan vattenkällan och din kran. Det är viktigt att övervaka denna viktiga naturresurs för olika föroreningar, såsom giftiga tungmetalljoner, inom vattenfördelnings- och behandlingssystem.
Noggrann och tillgänglig detekteringsteknik är nödvändig för att säkerställa kontinuerlig vattenkvalitetskontroll och tidig varning för att undvika katastrofer för allmän säkerhet som den pågående Flint -vattenkrisen i Michigan.
Under AVS:s 64:e internationella symposium och utställning, hålls 29 oktober-nov. 3, 2017, i Tampa, Florida, Junhong Chen, framstående professor i maskinteknik, materialvetenskap och teknik vid University of Wisconsin-Milwaukee, kommer att presentera sitt arbete om att uppfinna en grafenbaserad avkänningsplattform för realtid, låg kostnad detektering av olika vattenföroreningar. Den nya sensorn upptäcker tungmetaller, bakterie, nitrater och fosfater.
"Vår teknik tillgodoser ett otillfredsställt behov av realtid, låg kostnadskontroll av kritiska föroreningar i dricksvatten, "sa Chen." Vatten spelar en viktig roll i den ekonomiska världen, men bara 3 procent av tillgängligt vatten är drickbart, och med ökande efterfrågan, behovet av säkert dricksvatten ökar. "
Grafen, ett enda lager kolatomer arrangerade i ett 2-D bikakegitter, är ett lovande nanomaterial tack vare sin unika struktur och elektriska egenskaper.
"Intrinsic graphene är en halvledare med nollgap som har anmärkningsvärt hög elektronmobilitet (100 gånger större än kiselns), vilket gör det attraktivt för känsliga, höghastighets kemiska och biologiska sensorer på grund av dess höga känslighet för elektroniska störningar, " han sa.
Sensorn fungerar genom att placera grafenbaserade nanoskikt som är halvledande mellan ett elektrodgap. Den elektriska konduktiviteten hos grafenmaterialet förändras med bindning av ämnen, kallas analytter, till dess yta och deras kemiska beståndsdelar identifieras och mäts.
"Storleken på konduktivitetsförändringen kan korreleras med koncentrationen av analyt, och tekniken innebär också funktionalisering av grafenmaterialytan med specifika sonder som kan rikta en specifik analyt, "sa Chen.
Sensorn är baserad på en fälteffekttransistor (FET) -enhet med reducerad grafenoxid (rGO) som sin avkänningskanal. "Sensorns arbetsprincip är att rGO -konduktiviteten (vanligtvis mätt i motstånd) förändras med bindning av kemikalier som tungmetaller till prober förankrade på rGO -ytan, "sa han." Så närvaron av kemikalierna kan bestämmas genom att mäta förändringen av sensorns motstånd. "
Genom att använda dessa sensorer i realtid för att övervaka vattenföroreningar i vattendistributionssystem, enligt Chen, de kan ge tidig varning för kemisk och biologisk kontaminering i vatten, förbättra vattensäkerheten och folkhälsan.
"Plattformstekniken kan också vidareutvecklas för att upptäcka olika analyser för mat och dryck, såväl som för biomedicinska tillämpningar, "sa Chen.
Chen har lanserat en start, NanoAffix Science LLC, att kommersialisera sin vattenkvalitetsavkänningsteknik. Med finansiering från National Science Foundation och i samarbete med flera vattenföretag, de har redan utvecklat en prototyp av en handhållen enhet för snabb, billig detektion av blyjoner i dricksvatten. "Vi förfinar nu prototypen för att göra den till en kommersiell produkt inom en snar framtid, "sa Chen.
