Novo sensor detecta baixa umidade do ar

Caracterização estrutural e química do Mo2CTx MXene. a) Padrões de XRD do precursor de carboneto nanolaminado Mo2Ga2C (preto) e multicamada Mo2CTx MXene (vermelho). b) imagem SEM de uma multicamada Mo2CTx MXene. c) Imagem TEM de flocos únicos de Mo2CTx MXene na grade de carbono rendada, inserida é uma imagem de alta resolução. d) O padrão SAED retirado do único floco de Mo2CTx em c). e) Imagem de AFM e perfil de altura sobre um floco de Mo2CTx exemplar. f–h) Espectros XPS de alta resolução registrados de uma camada Mo2CTx MXene em energias Mo-3d f), C-1s g) e O-1s h). Crédito:DOI:10.1002/adma.202104878

Medir a umidade do ar é importante em muitas áreas. No entanto, os sensores convencionais em higrômetros até agora não foram capazes de determinar um teor de vapor de água muito baixo. Físicos da Universidade de Duisburg-Essen (UDE) e da Universidade Técnica Yuri Gagarin, na Rússia, desenvolveram um novo sensor. Ele detecta até mesmo as menores quantidades de moléculas de água que afundam em sua superfície. O detector é baseado em materiais altamente condutores conhecidos como MXenes.
Um bom ar interior não é importante apenas para a saúde. Certas condições ambientais também são necessárias na produção ou laboratórios, por exemplo, em biomedicina ou microeletrônica. Deve ser possível controlá-los com precisão. Embora poderosos sensores de umidade sejam incorporados em dispositivos de medição comerciais, eles não são capazes de detectar concentrações de vapor de água abaixo de 50 ppm, ou seja, abaixo de 0,3% de umidade relativa. Consequentemente, tais sensores não são adequados para todos os fins.

Este problema foi abordado pela equipe de física da UDE e da Universidade Russa Yuri Gagarin em Saratov com uma estratégia completamente nova. Eles usaram materiais nanométricos bidimensionais. Estes podem detectar pequenas quantidades de moléculas de água que afundam em sua superfície. "Dessa forma, o desempenho do sensor melhora enormemente - o limite de detecção é empurrado muito abaixo do estado da arte anterior. Mais não é realmente possível", diz a física experimental da UDE, Dra. Hanna Pazniak, que desempenhou um papel fundamental no desenvolvimento.

Esses materiais altamente condutores são chamados MXenes, ou mais precisamente:Mo₂ CT_x MXenes. Eles consistem em compostos de carbonetos de metais de transição ou nitretos de metais de transição. Os compostos são empilhados em camadas e têm apenas alguns átomos de espessura. A vantagem:os novos sensores são ultrafinos e altamente sensíveis. "Eles detectam vapores de água abaixo de 10 ppm, ou 0,06 por cento de umidade relativa. Esse é o valor mais baixo conhecido até agora", diz Pazniak. Os sensores também são promissores em outro aspecto:podem ser usados na produção em massa. + Explorar mais