Engenheiros na Austrália desenvolveram um pequeno sensor de gás amônia que poderia permitir um armazenamento mais seguro de hidrogênio e dispositivos de diagnóstico médico especializados.



O sensor de prova de conceito simples, mas eficaz, descrito em Materiais Funcionais Avançados é o resultado da colaboração de pesquisadores da Universidade RMIT, da Universidade de Melbourne e do Centro de Excelência ARC para Sistemas Meta-Ópticos Transformativos (TMOS).

A exposição a altos níveis de amônia pode causar doenças pulmonares crônicas e danos irreversíveis aos órgãos.

Estima-se que 235 milhões de toneladas métricas de amoníaco sejam produzidas globalmente, mas com o amoníaco a ser apontado como uma das melhores formas de armazenar hidrogénio para combustível limpo, podemos estar a ver muito mais dele. A detecção confiável e sensível de amônia será essencial para detectar rapidamente vazamentos potencialmente perigosos de gás amônia durante o transporte de hidrogênio, para garantir uma operação segura.

Mas embora a exposição humana ao amoníaco possa ser prejudicial, o gás também é encontrado na respiração humana e pode servir como um biomarcador vital para o diagnóstico de muitas doenças, como doenças renais e hepáticas. Dado que o sensor da equipe pode medir pequenas quantidades de amônia, ele poderia ser projetado para detectar o gás no hálito das pessoas e alertar os médicos sobre problemas de saúde.

Como funciona o sensor

O pesquisador-chefe sênior, Dr. Nitu Syed, disse que o sensor apresentava dióxido de estanho transparente atomicamente fino que pode facilmente rastrear amônia em níveis muito menores do que tecnologias semelhantes.

"Nosso dispositivo funciona como um 'nariz' elétrico, detectando com eficiência até mesmo a menor quantidade de amônia", disse Syed, pesquisador McKenzie da Universidade de Melbourne, RMIT e TMOS. “O sensor também é capaz de distinguir a amônia de outros gases com mais seletividade do que outras tecnologias”.

A presença de amônia no ar altera a resistência elétrica do filme de óxido de estanho no sensor:quanto maior o nível de amônia, maior será a alteração na resistência do dispositivo.

A equipe conduziu experimentos com seu sensor em uma câmara especialmente projetada para testar sua capacidade de detectar gás amônia em várias concentrações (5–500 partes por milhão) sob diferentes condições, incluindo temperatura. Eles também testaram a seletividade da amônia do dispositivo contra outros gases, incluindo dióxido de carbono e metano.

O primeiro autor, Dr. Chung K. Nguyen, da RMIT, disse que seu sensor miniaturizado oferece uma maneira mais segura e menos complicada de detectar o gás tóxico, em comparação com as técnicas existentes.

“As abordagens atuais para a detecção de amônia produzem medições precisas, mas exigem equipamentos de laboratório caros com técnicos qualificados, amostragem e preparação extensivas”, disse Nguyen. "Esse processo costuma ser demorado e não portátil, devido ao tamanho do equipamento necessário. Além disso, a fabricação dos detectores de amônia atuais envolve processos caros e complicados para preparar camadas sensíveis para a fabricação de sensores."

O novo sensor da equipe pode diferenciar instantaneamente entre níveis seguros e perigosos de amônia no meio ambiente, disse Nguyen.

"A deposição reproduzível de óxido de estanho também oferece a oportunidade para a produção em massa de dispositivos sensores com boa relação custo-benefício", observou ele.

Como o sensor é feito

Ylias Sabri, pesquisador-chefe co-sênior, da Escola de Engenharia da RMIT, disse que a equipe usou uma técnica escalonável e de baixo custo para depositar dióxido de estanho superfino em um material base - mesmo em um material flexível, um resultado que outras abordagens encontraram desafios para alcançar.

"Colhemos diretamente um filme de óxido de estanho da superfície do estanho fundido a 280 graus Celsius. O filme é 50 mil vezes mais fino que o papel", disse Sabri. "Nossa abordagem requer apenas uma única etapa de síntese, sem usar solventes tóxicos, vácuo ou instrumentos volumosos e caros."

A equipe está interessada em colaborar com parceiros da indústria para desenvolver e prototipar o sensor para demonstrar suas capacidades de detecção de alto desempenho, afirmando:“O método de fabricação se alinha bem com os processos de fabricação existentes na indústria de silício, tornando-o adequado para produção em massa”.

Mais informações: Chung Kim Nguyen et al, Óxido de estanho ultrafino impresso em metal líquido instantâneo no ar para sensores de amônia de alto desempenho, Materiais funcionais avançados (2023). DOI:10.1002/adfm.202309342
Fornecido pela Universidade RMIT