Исследователи из Кембриджского университета разработали изготовленные из высокопористых материалов датчики для контроля качества воздуха. Спроектировав форму отверстий в аэрогелях, ученые смогли при комнатной температуре обнаружить мельчайшие следы формальдегида, распространенного загрязнителя воздуха в помещениях.
Ученые использовали для создания датчиков аэрогели. Это сверхлегкие материалы, которые также называют «замороженным дымом», поскольку они более чем на 99% состоят из воздуха. Открытая структура аэрогелей позволяет газам легко проникать внутрь и наружу.
Исследователи оптимизировали состав и структуру аэрогелей, чтобы повысить их чувствительность к формальдегиду. Для этого материал превратили в нити, ширина которых примерно в три раза превышает человеческий волос. На 3D-принтере из графена напечатали линии пасты, чтобы сформировать отверстия нужного размера в окончательной структуре аэрогеля. Для датчиков использовали квантовые точки — полупроводники, которые содержатся в материале.
Разработанные датчики в экспериментах обнаруживали формальдегид в концентрации всего восемь частей на миллиард. Это намного превышает чувствительность большинства существующих датчиков качества воздуха. При этом устройства из аэрогеля работают при комнатной температуре, потребляя очень низкую мощность.
Традиционные датчики газа необходимо нагревать, но благодаря тому, как мы разработали материалы, наши датчики работают невероятно хорошо при комнатной температуре, поэтому они потребляют в 10–100 раз меньше энергии, чем другие датчики.
Чжуо Чен, соавтор исследования
Чтобы повысить избирательность, исследователи внедрили в датчики алгоритмы машинного обучения. Алгоритмы были обучены обнаруживать «отпечатки пальцев» различных газов, чтобы датчик мог отличать отпечатки формальдегида от других летучих соединений. Исследователи отмечают, что тот же подход можно использовать для создания сенсоров, чувствительных не только к формальдегиду, но и к другим загрязнителям.
