Cuando se usan como dispositivos médicos portátiles, los sensores de gasoline elásticos y flexibles pueden identificar condiciones o problemas de salud al detectar niveles de oxígeno o dióxido de carbono en la respiración o el sudor. También son útiles para monitorear la calidad del aire en ambientes interiores o exteriores mediante la detección de gases, biomoléculas y productos químicos. Pero fabricar los dispositivos, que se crean con nanomateriales, puede ser un desafío.
“Con el dropcasting, debe sintetizar cada parte del sensor por separado y luego integrarlas, lo que es un desafío logístico, lleva mucho tiempo y es costoso”, dijo el autor correspondiente Huanyu “Larry” Cheng, James L. Henderson, Jr. Memorial Profesor Asociado de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica en la Facultad de Ingeniería de Penn State. “El método in situ permite sintetizar los materiales directamente en un lugar y el láser acelera el proceso”.
En el proceso, un láser inscribe nanomateriales directamente sobre un sustrato de espuma de grafeno poroso. El materials base permite que el sensor sea elástico y versatile cuando se aplica sobre la piel o un objeto.
Según Cheng, el enfoque abre oportunidades para usar diferentes precursores, o nanomateriales, y mezclarlos con diferentes proporciones y componentes. Previamente, los investigadores utilizaron óxido de grafeno y disulfuro de molibdeno para crear los sensores. Con el nuevo método, los investigadores probaron cuatro clases adicionales de materiales, incluidos los dicalcogenuros de metales de transición, óxidos metálicos, óxidos metálicos dopados con metales nobles y materiales compuestos. óxidos de steel.
“Un nanomaterial en specific nos permite detectar diferentes biomarcadores o gases, por lo que es muy importante para nosotros tener acceso a diferentes materiales”, dijo Cheng. “Por ejemplo, un nanomaterial generalmente solo puede detectar una molécula de gasoline objetivo. Con múltiples opciones disponibles, potencialmente puede detectar más moléculas, mejorando las capacidades de detección”.
Usando varios nanomateriales, los investigadores crearon una matriz de varios sensores pequeños colocados uno al lado del otro. Las capacidades de la matriz se pueden comparar con una nariz humana, dijo Cheng.
“La nariz evolucionó para detectar millones de olores usando millones de células”, dijo Cheng. “De la misma manera, cada uno de los sensores es capaz de detectar una sustancia química o partícula diferente”.
Con el nuevo diseño del sensor, los investigadores eliminaron la necesidad de una fuente de calor separada, lo que redujo aún más la complejidad de la fabricación del dispositivo. El nuevo diseño integra los nanomateriales sensibles a los gases en una sola línea de espuma de grafeno poroso, en comparación con el diseño anterior, donde los nanomateriales llenaban los espacios entre los electrodos. La resistencia en la línea única de espuma de grafeno poroso induce calor Joule para el autocalentamiento.
El resultado es un sensor sofisticado que tiene varias aplicaciones, incluido el monitoreo y alerta al usuario de un aumento rápido de gases, como en un sitio industrial, o una acumulación de gases a lo largo del tiempo, como en el caso de la contaminación.
En el futuro, los investigadores planean mejorar las capacidades del sensor programando nanomaterial compuestos para detectar gases específicos o para identificar múltiples especies de gases en mezclas complejas.
