O revestimento de polímeros prolonga a meia-vida do sensor de qualidade do ar à base de mxeno em 200% e permite a regeneração

Os produtos de limpeza, velas, berços e cosméticos são apenas alguns dos itens domésticos comuns que emitem formaldeído, um produto químico incolor e inodoro que, quando presente no ar em níveis superiores a 0,1 partes por milhão, foi considerado um risco para a saúde humana.

Para tornar o monitoramento da qualidade do ar interno mais acessível, os pesquisadores da Universidade Carnegie Mellon desenvolveram um sensor de formaldeído de baixo custo, duradouro. Um revestimento de polímero exclusivo no sensor à base de mxene não apenas estende sua meia-vida em 200%, mas também permite que ele se regenere quando o desempenho começa a se degradar.

MXENE é uma classe de compostos que demonstrou promessa em armazenamento de energia e detecção de gás devido às suas propriedades elétricas superiores e químicas versáteis da superfície. Apesar dessas vantagens, os mxenos são conhecidos por serem altamente suscetíveis à oxidação, principalmente quando expostos ao ar e/ou umidade, representando um grande desafio para os monitores da qualidade do ar à base de mxeno.

Nova pesquisa publicado esta semana em Avanços científicossupera esse desafio encapsulando o mxeno em um revestimento de polímero. Usando deposição química de vapor, uma técnica de processamento de materiais elementary para a fabricação de eletrônicos, a equipe de pesquisa liderada por Reeja Jayan, professora de engenharia mecânica, bombeia os materiais precursores vaporizados em um Câmara de vácuo Habitação do sensor mxene. Os gases quentes polimerizam e formam um nano-revestimento no sensor frio de uma maneira semelhante a como a condensação reveste o exterior de um copo de bebida gelado em um dia quente.

Sem o revestimento de polímeroo sensor mxeno durou pouco mais de dois meses, mas quando o camada de polímero foi aplicado, o sensor correu por mais de cinco meses.

Shwetha Sunil Kumar, o primeiro autor do trabalho de pesquisa e Ph.D. O candidato em engenharia mecânica percebeu algo inesperado durante o período de observação.

“Descobrimos que nossa camada de polímero também estava permitindo uma reação química que permitia que o sensor detectasse níveis mais baixos de formaldeído no ar. Como uma nova molécula estava se formando para tornar o sensor mais sensível, começamos a imaginar se a possibilidade de ajudar a criação de mais daqueles que o desempenho do sensor é que o desempenho do sensor.

Com certeza, a equipe descobriu que, ao introduzir a umidade ao sensor no last de sua vida, recuperou cerca de 90% de sua capacidade de detecção.

“As camadas de polímero que sintetizamos são dielétricas e altamente isolantes, agindo como barreiras estruturais eficazes”, explicou Jayan. “Isso torna nossos sensores estáveis e sustentáveis”.

As simulações administradas por Jerry Wang, professor assistente de engenharia civil e ambiental, provaram ainda a eficácia dos sensores. Testando a rapidez com que grandes quantidades de moléculas diferentes poderiam se mover através da camada, a equipe confirmou que a camada de polímero diminui rapidamente a permeação de oxigênio e umidade.

Jayan está confiante de que esses materiais podem ser implantados para outros dispositivos para melhorar a vida útil e o desempenho. Ela está atualmente desenvolvendo tecnologia semelhante para prolongar a vida e a segurança das baterias.

Albert Presto, diretor do Centro de Estudos de Partículas Atmosféricas da CMU e co-autor do artigo, acredita que essa tecnologia pode tornar os sensores de qualidade do ar interno mais versáteis. O sensor é facilmente interfocado em telefones celulares ou dispositivos domésticos inteligentes e, com o desenvolvimento contínuo, ele acredita que os sensores poderiam algum dia ser pintado em nossas paredes ou costurados em nossas roupas para monitoramento consistente.

“A qualidade do ar interno geralmente é esquecida”, disse ele. “Estamos vivendo em um mundo pesado de plástico e isso tem implicações. Queremos educar melhor as pessoas sobre poluentes internos, para que possam tomar decisões informadas. Só então podemos melhorar qualidade do ar interno e eliminar os riscos inerentes à saúde “.