Инженеры разработали гибридный газовый датчик на каркасе, чья структура вдохновлена легкими человека. Он отслеживает очень низкие концентрации диоксида азота на уровне одной миллиардной в режиме реального времени. Подробности о разработке опубликованы в журнале Nature Communications. Ожидается, что датчик будут применять в медицине.
Диоксид азота — опасное вещество, которое потенциально вызывает сердечно-сосудистые заболевания и дегенеративные заболевания головного мозга. Чтобы держать его уровень под контролем, важно использовать датчики, которые контролируют его концентрации.
Производительность датчика диоксида азота определяется тем, насколько малые дозы соединения азота он фиксирует и как быстро.
Традиционный мониторинг диоксида азота, в основном, проводят на хемилюминесцентных станциях, которые стоят дорого. Альтернативные устройства требуют высоких рабочих температур.
Чтобы решить проблему, ученые создали гибридную ультралегкую структуру, которая избирательно выращивает металлоорганический каркас (metal-organic framework, MOF) с высокой нанопористостью на подструктуре лазерного графена (laser-induced graphene, LIG). Она может покрывать площадь поверхности размером с футбольное поле при весе в 1 г. Также инженеры разработали датчик, который отслеживает чрезвычайно низкие концентрации диоксида азота в режиме реального времени. Он отличается иерархической пороховой структурой, которая вдохновлена легким человека.
В ходе экспериментов исследователи достигли самого низкого предела обнаружения соединения (0,168 ppb) и самого быстрого времени отклика (15 секунд) по сравнению с обычными датчиками диоксида азота.
Кроме того, гибридный датчик основан на лазерном процессе. Это значит, что исследователи изготовили электроды без сложной инфраструктуры, такой как вакуумное оборудование.
