O mundo tornou-se cada vez mais industrializado ao longo dos últimos séculos, trazendo todo tipo de tecnologia e conveniências para as massas. No entanto, os trabalhadores em ambientes industriais correm frequentemente o risco de exposição a muitos gases perigosos, como o dióxido de azoto (NO₂ ). A inalação desse gás pode causar doenças respiratórias graves, como asma e bronquite, e comprometer gravemente a saúde dos trabalhadores industriais. Monitoramento constante de NO₂ níveis são, portanto, necessários para garantir um local de trabalho seguro.



Para ajudar com isso, muitos tipos de sensores seletivos de gases foram desenvolvidos utilizando diferentes materiais orgânicos e inorgânicos. Alguns deles, como sensores de cromatografia gasosa ou sensores eletroquímicos de gás, são altamente sofisticados, mas caros e volumosos. Por outro lado, sensores resistivos e capacitivos baseados em semicondutores parecem ser uma alternativa promissora, com sensores de gás semicondutores orgânicos (OSC) representando uma opção flexível e de baixo custo.

No entanto, estes sensores de gás ainda enfrentam alguns problemas de desempenho, incluindo baixa sensibilidade e fraca estabilidade para aplicações de sensores.

Neste contexto, uma equipa de investigadores da Coreia, liderada pelo Professor Yeong Don Park, do Departamento de Energia e Engenharia Química da Universidade Nacional de Incheon, decidiu encontrar estratégias inovadoras para levar o OSC NO₂ tecnologia de sensores para o próximo nível.

O estudo foi publicado no Chemical Engineering Journal .

Para tanto, a equipe propôs um projeto de sensor de gás híbrido orgânico-inorgânico baseado na combinação de um polímero orgânico condutor e nanocristais de perovskita. Eles incorporaram um CsPbBr₃ perovskita em uma matriz de polímero condutora para melhorar seu desempenho de detecção de gás enquanto mantém a velocidade de detecção.

Eles modificaram ainda mais a superfície dos nanocristais de perovskita com ligantes poliméricos zwitteriônicos. Uma vez hidratados, esses ligantes melhoraram muito a afinidade do sensor pelo NO₂ moléculas de gás, resultando assim em melhor absorção.

Outras experiências revelaram que o design proposto superou os sensores convencionais em termos de sensibilidade química ao NO₂ . Além disso, seu sistema era altamente resistente à oxidação, graças à ação protetora dos nanocristais de perovskita. Assim, poderia resistir ao armazenamento em condições ambientais durante várias semanas, apresentando uma durabilidade impressionante e maior potencial para instalação a longo prazo.

“Nossas descobertas sugerem uma nova abordagem para o desenvolvimento e projeto de sensores de gás baseados em vários materiais compósitos para alcançar sensibilidade e seletividade superiores”, destaca o Prof. Park, ao discutir os resultados.

Dado que os OSC podem ser projetados para serem flexíveis, leves e relativamente baratos quando produzidos em massa, eles poderiam abrir caminho para a adoção generalizada de sensores de gás em vários contextos.

“Além de ambientes específicos, como locais industriais, os sensores de gás OSC podem permitir que os indivíduos acessem prontamente informações sobre os níveis de poluição do ar por meio de dispositivos comuns, como smartwatches”, explica o Prof. Ele acrescenta ainda:"Além disso, esses sensores têm o potencial de avançar na tecnologia de diagnóstico, facilitando a detecção precoce de condições médicas. Portanto, têm potencial não apenas para a segurança industrial, mas também nas áreas de segurança alimentar, monitoramento de substâncias químicas e medicina. diagnóstico."

Mais informações: Duho Jang et al, Abordagem de engenharia interfacial polimérica para sensores de gás do tipo transistor orgânico funcionalizados com perovskita, Chemical Engineering Journal (2023). DOI:10.1016/j.cej.2023.145482
Informações do diário: Jornal de Engenharia Química

Fornecido pela Universidade Nacional de Incheon