Os nanotubos de carbono oferecem uma nova maneira poderosa de detectar gases nocivos no meio ambiente. Contudo, os métodos normalmente usados ​​para construir sensores de nanotubos de carbono são perigosos e não adequados para produção em grande escala.

Um novo método de fabricação criado por químicos do MIT - tão simples quanto desenhar uma linha em uma folha de papel - pode superar esse obstáculo. A pós-doc Katherine Mirica do MIT projetou um novo tipo de grafite em que o grafite é substituído por um pó comprimido de nanotubos de carbono. A liderança, que pode ser usado com uma lapiseira comum, pode inscrever sensores em qualquer superfície de papel.

O sensor, descrito no jornal Angewandte Chemie , detecta pequenas quantidades de gás amônia, um perigo industrial. Timothy Swager, o professor de química John D. MacArthur e líder da equipe de pesquisa, diz que os sensores podem ser adaptados para detectar quase qualquer tipo de gás.

"A beleza disso é que podemos começar a fazer todos os tipos de materiais funcionalizados quimicamente específicos, "Swager diz." Achamos que podemos fazer sensores para quase tudo que é volátil. "

Outros autores do artigo são o estudante de graduação Jonathan Weis e os pós-doutorandos Jan Schnorr e Birgit Esser.

Desenhe com lápis

Nanotubos de carbono são folhas de átomos de carbono enroladas em cilindros que permitem que os elétrons fluam sem obstáculos. Esses materiais têm se mostrado sensores eficazes para muitos gases, que se ligam aos nanotubos e impedem o fluxo de elétrons. Contudo, a criação desses sensores requer a dissolução de nanotubos em um solvente como o diclorobenzeno, usando um processo que pode ser perigoso e não confiável.

Swager e Mirica decidiram criar um método de fabricação sem solventes baseado em papel. Inspirado por lápis em sua mesa, Mirica teve a ideia de comprimir nanotubos de carbono em um material semelhante ao grafite que poderia substituir a grafite de lápis.

Para criar sensores usando seu lápis, os pesquisadores traçam uma linha de nanotubos de carbono em uma folha de papel impressa com pequenos eletrodos feitos de ouro. Eles então aplicam uma corrente elétrica e medem a corrente conforme ela flui através da tira de nanotubo de carbono, que atua como um resistor. Se a corrente for alterada, significa que o gás se ligou aos nanotubos de carbono.

Os pesquisadores testaram seu dispositivo em vários tipos diferentes de papel, e descobri que a melhor resposta veio com sensores desenhados em papéis mais lisos. Eles também descobriram que os sensores fornecem resultados consistentes, mesmo quando as marcas não são uniformes.

Duas vantagens principais da técnica são que ela é barata e a "grafite" é extremamente estável, Swager diz. "Você não pode imaginar uma formulação mais estável. As moléculas são imobilizadas, " ele diz.

O novo sensor pode ser útil para uma variedade de aplicações, diz Zhenan Bao, professor associado de engenharia química na Universidade de Stanford. "Já consigo pensar em muitas maneiras de estender essa técnica para construir dispositivos de nanotubos de carbono, "diz Bao, que não fazia parte da equipe de pesquisa. "Comparado com outras técnicas típicas, como revestimento giratório, revestimento por imersão ou impressão a jato de tinta, Estou impressionado com a boa reprodutibilidade da resposta de detecção que eles foram capazes de obter. "

Sensores para qualquer gás

Neste estudo, os pesquisadores se concentraram em nanotubos de carbono puro, mas agora estão trabalhando na adaptação dos sensores para detectar uma ampla gama de gases. A seletividade pode ser alterada adicionando átomos de metal às paredes do nanotubo, ou envolvendo polímeros ou outros materiais em torno dos tubos.

Um gás em que os pesquisadores estão particularmente interessados ​​é o etileno, o que seria útil para monitorar a maturação da fruta à medida que ela é enviada e armazenada. A equipe também está buscando sensores para compostos de enxofre, o que pode ser útil para detectar vazamentos de gás natural.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.