Los materiales tradicionales utilizados en los sensores electrónicos de gas, como B. Los sensores de dióxido de nitrógeno (NO2) quimiorresistivos no resisten los ciclos de lavado normales debido a la exposición simultánea a compuestos agresivos en las soluciones de lavado y al daño mecánico.
Estudio: Tejido electrónico bidimensional no encapsulado y lavable para detección de NO2 en aire ambiente. Crédito de la foto: b.asia/Shutterstock.com
Un estudio reciente publicado en la revista Scientific Reports se centra en la fabricación de sensores de NO2 de alta respuesta en tela de nailon resistente a ciclos de lavado regulares para superar esta limitación.
Importancia de los sensores de gas portátiles
La mala calidad del aire exterior e interior puede estar relacionada con miles de muertes prevenibles anualmente. De acuerdo con investigaciones epidemiológicas, la exposición a concentraciones de toxinas por encima de los límites especificados puede ser fatal, particularmente para bebés, mujeres embarazadas y ancianos.
La relación entre los datos de hospitalización, las visitas a la sala de emergencias y los datos de contaminación a lo largo del tiempo se puede utilizar para mostrar los efectos adversos de la contaminación del aire en los sistemas cardíacos de las personas.
Sin embargo, los datos de contaminación del aire se recopilan principalmente mediante una pequeña cantidad de dispositivos de medición de la calidad del aire instalados en ubicaciones fijas con un alcance espacial de unos pocos kilómetros en áreas metropolitanas y varios cientos de kilómetros en áreas rurales remotas.
Debido a esta densidad geográfica, los datos de contaminación del aire recopilados pueden diferir significativamente de los niveles reales de exposición de las personas. Sensores de gas portátiles como NO2 Los sensores pueden superar esta dificultad porque están en las inmediaciones del sujeto.
Limitaciones de las tecnologías actuales de sensores de gas portátiles
Los sensores y dispositivos de gas portátiles de próxima generación están diseñados para integrarse en la ropa del usuario para lograr la máxima comodidad del usuario. Los parches para el cuerpo hechos de polímeros flexibles y sensores rígidos a base de silicio alojados en una caja son dos sustratos actuales para el NO portátil.2 sensores
Sin embargo, los problemas de permeabilidad deficiente y contacto con la piel asociados con los adhesivos estándar limitan el uso de parches adheridos al cuerpo para sensores de gas, lo que da como resultado daños en la piel y dolor para el usuario. La electrónica tradicional basada en silicio, por otro lado, suele ser grande e invasiva. Estas limitaciones limitan severamente su uso en la fabricación de sensores de gas portátiles.
Materiales textiles para sensores de gas portátiles
Cuando se utilizan materiales textiles como sustratos para sensores de gas digitales, todos tienen propiedades beneficiosas como B. alta elasticidad, idoneidad bio/cutánea, lavabilidad, fácil integración en tamaño y forma irregulares, proximidad al sitio de control y la capacidad de ser usado por el consumidor durante largos períodos de tiempo sin irritación.
Los sensores potenciométricos, los sensores de temperatura, los sensores táctiles, los medidores de tensión, los transductores de presión y los sensores de humedad se han integrado de manera efectiva en los materiales textiles.
La producción de alta precisión, bajo límite de detección (LOD) y baja temperatura de trabajo (<150 °C) NO2 No se implementaron sensores en sustratos textiles. Además, un método para producir sensores de gas lavables, en particular NO2 Aún no se han establecido sensores que utilicen dicalcogenuros de metales de transición sin capas de encapsulación.
Desarrollo de nuevos sensores de NO2 basados en textiles
Dióxido de nitrógeno (NO2) El gas es extremadamente tóxico para el cuerpo humano y causa una gran destrucción del tejido pulmonar. Los peligros del NO2 La contaminación por gases para la vida humana son enormes. Como resultado, una medición en tiempo real de NO2 Concentraciones de gas y evolución del NO portátil2 Los sensores son extremadamente críticos.
El objetivo de los investigadores en este trabajo era producir NO a base de textiles2 Sensores que podrían mantener o incluso mejorar su capacidad de detección durante los ciclos de lavado tradicionales de la Organización Internacional de Normalización (ISO) sin capas de encapsulación.
Estos innovadores NO2 Los sensores se fabricaron depositando óxido de grafeno (GO) y óxido de grafeno/disulfuro de molibdeno (GO/MoS).2) sobre tejido de nailon y reducción de GO in situ a óxido de grafeno reducido (RGO).
Desarrollos clave del estudio
En este trabajo, flexible, económico y biodegradable NO2 Los sensores fueron desarrollados e incorporados a los textiles. El no2 Los sensores de gas desarrollados son extremadamente sensibles al contenido de NO2 en mezclas de gases tanto en aire seco como húmedo.
Cuando se expone a 2 ppm de NO2la resistencia del NO fabricado2 Los sensores variaron en un 28 por ciento, en comparación con el 6,5 por ciento para 40 000 ppm de dióxido de carbono y el 0 por ciento para 2 ppm de amoníaco, lo que demuestra la fuerte NO2 Selectividad de sensores de gas fabricados en presencia de dióxido de carbono y amoníaco.
El no2 Los sensores también pueden sobrevivir hasta 50 ciclos de lavado estándar ISO, y la respuesta del sensor mejora significativamente (500 %) debido a los 50 ciclos de lavado.
Los sensores de gas también estaban equipados con un sistema de microcontrolador que permite enviar los datos de medición de forma inalámbrica a un teléfono móvil. Estos resultados demuestran la viabilidad de incorporar sensores de gas de calidad del aire, en particular NO2 Sensores, en ropa lavable, para alta resolución espacial y monitoreo continuo de exposición a gases.
Relación
Oluwasanya, PW et al. (2022). Textil electrónico plano no encapsulado y lavable para NO2 percepción en el aire ambiente. Informes científicos. Disponible en: https://www.nature.com/articles/s41598-022-16617-1
