Questo sensore ultrasottile potrebbe salvarti i polmoni

Il nuovo sensore 2D è flessibile e trasparente, rendendo la tecnologia un probabile candidato per sensori indossabili per il monitoraggio ambientale e sanitario. (Credito: Shutterstock/Kaspars Grinvalds)

Il biossido di azoto, un inquinante atmosferico emesso dalle auto alimentate a combustibili fossili e le stufe a gas non sono solo dannose per il clima, ma anche per la nostra salute. L’esposizione a lungo termine a NO2 è stata collegata a un aumento delle malattie cardiache, delle malattie respiratorie come l’asma e delle infezioni.

Il biossido di azoto è inodore e invisibile, quindi è necessario un sensore speciale in grado di rilevare con precisione concentrazioni pericolose di gas tossico. Ma la maggior parte dei sensori attualmente disponibili consuma molta energia poiché di solito devono funzionare a temperature elevate per ottenere prestazioni adeguate.

Un sensore ultrasottile, sviluppato da un team di ricercatori del Berkeley Lab e dell’UC Berkeley, potrebbe essere la risposta.

Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Nano Letters, il gruppo di ricerca ha segnalato un sensore “2D” atomicamente sottile che funziona a temperatura ambiente e quindi consuma meno energia rispetto ai sensori convenzionali.

I ricercatori affermano che il nuovo sensore 2D, costruito con una lega monostrato di disolfuro di renio e niobio, vanta anche specificità chimica e tempi di recupero superiori.

A sinistra: immagine al microscopio elettronico a risoluzione atomica delle regioni a doppio e tristrato di Re0.5Nb0.5S2 che rivela il suo ordine di impilamento. A destra: grafico del trasferimento di carica nello spazio reale che mostra il trasferimento di carica da Re0.5Nb0.5S2 alla molecola di NO2. Chiave colore: mostrato in blu scuro; Nb in viola; S in giallo; N in verde; H in grigio; O in blu; e C in rosso. (Credito: Alex Zettl/Berkeley Lab)

A differenza di altri dispositivi 2D realizzati con materiali come il grafene, il nuovo sensore 2D risponde elettricamente in modo selettivo alle molecole di biossido di azoto, con una risposta minima ad altri gas tossici come ammoniaca e formaldeide. Inoltre, il nuovo sensore 2D è in grado di rilevare concentrazioni ultrabasse di biossido di azoto di almeno 50 parti per miliardo, ha affermato Amin Azizi, studioso post-dottorato della UC Berkeley e autore principale dello studio.

Una volta che un sensore basato sul disolfuro di molibdeno o sui nanotubi di carbonio ha rilevato il biossido di azoto, possono essere necessarie ore per ripristinare il suo stato originale a temperatura ambiente. "Ma il nostro sensore impiega solo pochi minuti", ha detto Azizi.

Il nuovo sensore non è solo ultrasottile, ma è anche flessibile e trasparente, il che lo rende un ottimo candidato per i sensori indossabili per il monitoraggio ambientale e sanitario. "Se i livelli di biossido di azoto nell'ambiente locale superano le 50 parti per miliardo, ciò può essere molto pericoloso per chi soffre di asma, ma al momento i sensori personali di biossido di azoto non sono pratici." Ha detto Azizi. Il loro sensore, se integrato negli smartphone o in altri dispositivi elettronici indossabili, potrebbe colmare questa lacuna, ha aggiunto.

Il ricercatore post-dottorato e coautore del Berkeley Lab Mehmet Dogan si è affidato al supercomputer Cori presso il National Energy Research Scientific Computing Center

(NERSC), una struttura utente di supercalcolo presso il Berkeley Lab, per identificare teoricamente il meccanismo di rilevamento sottostante.

Alex Zettl e Marvin Cohen, scienziati della Divisione di Scienze dei Materiali del Berkeley Lab e professori di fisica alla UC Berkeley, hanno co-condotto lo studio.

Informazioni aggiuntive:

"L'elettronica 2D ottieni una messa a punto atomica", comunicato stampa, 20 agosto 2020