Este sensor ultrafino podría salvar sus pulmones

El nuevo sensor 2D es flexible y transparente, lo que convierte a la tecnología en un candidato probable para sensores portátiles de monitoreo ambiental y de salud. (Crédito: Shutterstock/Kaspars Grinvalds)

Dióxido de nitrógeno, un contaminante del aire emitido por los automóviles que funcionan con combustibles fósiles y las estufas a gas no solo son malas para el clima, sino también para nuestra salud. La exposición a largo plazo al NO2 se ha relacionado con un aumento de las enfermedades cardíacas, respiratorias como el asma y las infecciones.

El dióxido de nitrógeno es inodoro e invisible, por lo que necesita un sensor especial que pueda detectar con precisión concentraciones peligrosas del gas tóxico. Pero la mayoría de los sensores disponibles en la actualidad consumen mucha energía, ya que generalmente deben operar a altas temperaturas para lograr un rendimiento adecuado.

Un sensor ultrafino, desarrollado por un equipo de investigadores de Berkeley Lab y UC Berkeley, podría ser la respuesta.

En su artículo publicado en la revista Nano Letters, el equipo de investigación informó sobre un sensor "2D" atómicamente delgado que funciona a temperatura ambiente y, por lo tanto, consume menos energía que los sensores convencionales.

Los investigadores dicen que el nuevo sensor 2D, que está construido con una aleación monocapa de disulfuro de niobio y renio, también cuenta con una especificidad química y un tiempo de recuperación superiores.

Izquierda: imagen de microscopía electrónica de resolución atómica de las regiones bicapa y tricapa de Re0.5Nb0.5S2 que revela su orden de apilamiento. Derecha: Gráfica de transferencia de carga en espacio real que muestra la transferencia de carga desde Re0.5Nb0.5S2 a la molécula de NO2. Clave de color: Re mostrado en azul marino; Nb en violeta; S en amarillo; N en verde; H en gris; O en azul; y C en rojo. (Crédito: Alex Zettl/Berkeley Lab)

A diferencia de otros dispositivos 2D fabricados con materiales como el grafeno, el nuevo sensor 2D responde eléctricamente de forma selectiva a las moléculas de dióxido de nitrógeno, con una respuesta mínima a otros gases tóxicos como el amoníaco y el formaldehído. Además, el nuevo sensor 2D puede detectar concentraciones ultrabajas de dióxido de nitrógeno de al menos 50 partes por billón, dijo Amin Azizi, investigador postdoctoral de UC Berkeley y autor principal del estudio actual.

Una vez que un sensor basado en disulfuro de molibdeno o nanotubos de carbono ha detectado dióxido de nitrógeno, puede llevar horas recuperar su estado original a temperatura ambiente. "Pero nuestro sensor tarda solo unos minutos", dijo Azizi.

El nuevo sensor no solo es ultradelgado, también es flexible y transparente, lo que lo convierte en un excelente candidato para sensores portátiles de monitoreo ambiental y de salud. "Si los niveles de dióxido de nitrógeno en el entorno local superan las 50 partes por mil millones, eso puede ser muy peligroso para alguien con asma, pero en este momento, los sensores personales de dióxido de nitrógeno no son prácticos". Azizi dijo. Su sensor, si se integra en los teléfonos inteligentes u otros dispositivos electrónicos portátiles, podría llenar ese vacío, agregó.

El investigador postdoctoral y coautor de Berkeley Lab, Mehmet Dogan, confió en la supercomputadora Cori en el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética

(NERSC), una instalación de usuario de supercomputación en Berkeley Lab, para identificar teóricamente el mecanismo de detección subyacente.

Alex Zettl y Marvin Cohen, científicos de la facultad en la División de Ciencias de los Materiales de Berkeley Lab y profesores de física en UC Berkeley, codirigieron el estudio.

Información adicional:

"2D Electronics Get an Atomic Tuneup", comunicado de prensa, 20 de agosto de 2020