Новое слово в безопасности дома: датчик вредных веществ с функцией самовосстановления

Специалисты инженерного факультета Университета Карнеги-Меллона представили прорывное решение в области мониторинга качества воздуха — долговечный сенсор формальдегида с возможностью самовосстановления. Устройство, базирующееся на материале MXene с инновационным полимерным покрытием, демонстрирует утроенный срок эксплуатации по сравнению с существующими аналогами.

Формальдегид — невидимое и неощутимое химическое соединение, высвобождающееся из бытовой химии, мебели, косметических средств и других повседневных предметов — становится опасным для здоровья человека при превышении порога концентрации 0,1 частей на миллион. Разработанный сенсор призван обеспечить доступный постоянный контроль этого вредного вещества.

Научная группа под началом профессора Риджи Джаяна применила методику химического осаждения из газовой фазы для формирования защитного диэлектрического барьера вокруг MXene — перспективного материала с выдающимися электрическими характеристиками, но крайне подверженного деградации при взаимодействии с атмосферой.

Лабораторные испытания продемонстрировали впечатляющие результаты: незащищенный сенсор сохранял функциональность около 8-9 недель, тогда как модель с полимерным покрытием продолжала эффективно работать более 20 недель. Неожиданным открытием стал побочный эффект полимеризации — образование соединений, повышающих чувствительность устройства к минимальным концентрациям формальдегида.

Докторант Швета Сунил Кумар, ведущий автор исследования, выявила уникальную способность сенсора к регенерации. Простое увлажнение устройства в конечной стадии эксплуатационного цикла восстанавливало до 90% его первоначальной чувствительности.

Компьютерное моделирование процессов диффузии, проведенное под руководством доцента Джерри Ванга, подтвердило эффективность полимерного слоя как барьера, избирательно блокирующего молекулы кислорода и воды, но пропускающего формальдегид.

Разработчики отмечают полную совместимость сенсора с современными экосистемами «умного дома» и мобильными устройствами. Директор Центра изучения атмосферных частиц Альберт Престо предполагает, что в дальнейшем технология может эволюционировать до уровня интеграции в строительные материалы или текстиль.

Полные результаты исследования опубликованы в последнем выпуске научного журнала Science Advances.

Источник: Phys.org