Um material poroso com bolsos feitos sob medida costurados em sua estrutura é um material promissor para a detecção de gases nocivos. Uma fina película do material, revestido em um eletrodo, formou um sensor eletrônico que pode detectar traços de gás dióxido de enxofre. O sensor é um passo significativo em direção aos dispositivos do mundo real que podem farejar gases perigosos no ar real.

Embora vários instrumentos analíticos baseados em laboratório possam detectar traços de um gás específico no ar, esses instrumentos são tipicamente grandes, caro, máquinas que consomem muita energia. Ainda há uma necessidade de pequenos, barato, sensores de eficiência energética que, por exemplo, poderia ser amplamente implantado em locais industriais para monitorar continuamente a qualidade do ar.

Uma maneira promissora de fazer tais sensores envolve materiais porosos chamados estruturas metal-orgânicas (MOFs). Ao fazer o MOF a partir de diferentes átomos de metal e ligantes orgânicos, os pesquisadores podem criar materiais que absorvem seletivamente gases específicos em compartimentos feitos sob medida dentro da estrutura. Dois grupos de pesquisa KAUST, liderado por cientista de materiais, Mohamed Eddaoudi, e engenheiro eletrônico, Khaled Salama, recentemente se uniu para desenvolver sensores de gás baseados em MOF.

A primeira etapa foi concluída em 2015, quando a equipe fez um sensor de prova de conceito revestindo uma camada de MOF em um eletrodo. O dispositivo detecta gases de forma semelhante a uma tela sensível ao toque detecta um dedo. O gás muda a capacitância do sensor MOF, uma propriedade eletrônica que pode ser medida diretamente usando o eletrodo.

Agora, a equipe está trabalhando em aplicações específicas. "Nosso trabalho atual visa identificar o MOF ideal, em termos de sensibilidade e seletividade, para detecção de dióxido de enxofre, "diz Valeriya Chernikova, um Ph.D. aluno do laboratório de Eddaoudi.

Os pesquisadores selecionaram uma versão à base de índio de um MOF chamado MFM-300 como seu material sensor. Uma película fina do material pode crescer no eletrodo em condições moderadas que não danificam o circuito do sensor. O material resultante forma bolsões revestidos com dois grupos -OH e quatro grupos C-H que se ligam seletivamente às moléculas de dióxido de enxofre. Em testes de laboratório usando misturas simples de gases, o sensor pode detectar dióxido de enxofre em concentrações de apenas algumas partes por bilhão.

Para usar a tecnologia para ar real - que compreende uma mistura muito mais complexa de gases - a próxima etapa é desenvolver matrizes de sensores que agrupam as respostas de vários materiais MOF, Chernikova diz. "Os dados serão processados ​​usando vários algoritmos estatísticos e de aprendizado de máquina para melhorar a precisão da resposta do sensor, "ela continua." Isso é comumente referido como um 'nariz artificial'. "