Repousser les limites de la technologie de détection de gaz

Le monde s’est industrialisé de plus en plus au cours des derniers siècles, apportant toutes sortes de technologies et de commodités aux masses. Cependant, les travailleurs des environnements industriels risquent souvent d’être exposés à de nombreux gaz dangereux, tels que le dioxyde d’azote (NO2). L’inhalation de ce gaz peut entraîner de graves maladies respiratoires comme l’asthme et la bronchite, et compromettre gravement la santé des travailleurs industriels. Une surveillance constante des niveaux de NO2 est donc nécessaire pour garantir un lieu de travail sûr.

Pour y parvenir, de nombreux types de capteurs de gaz sélectifs ont été développés en utilisant différents matériaux organiques et inorganiques. Certains d’entre eux, comme les capteurs de chromatographie en phase gazeuse ou les capteurs de gaz électrochimiques, sont très sophistiqués, mais coûteux et encombrants. D’un autre côté, les capteurs résistifs et capacitifs basés sur des semi-conducteurs semblent être une alternative prometteuse, les capteurs de gaz à semi-conducteurs organiques (OSC) représentant une option flexible et peu coûteuse.

Néanmoins, ces capteurs de gaz sont toujours confrontés à certains problèmes de performances, notamment une faible sensibilité et une mauvaise stabilité pour les applications de capteurs.

Dans ce contexte, une équipe de chercheurs coréens, dirigée par le professeur Yeong Don Park du Département d’énergie et de génie chimique de l’Université nationale d’Incheon, a entrepris de trouver des stratégies innovantes pour faire passer la technologie des capteurs OSC NO2 à un niveau supérieur.

Leur étude a été publiée dans Journal de génie chimique.

À cette fin, l’équipe a proposé une conception de capteur de gaz hybride organique-inorganique basée sur la combinaison d’un polymère organique conducteur et de nanocristaux de pérovskite. Ils ont incorporé une pérovskite CsPbBr3 dans une matrice polymère conductrice pour améliorer ses performances de détection de gaz tout en maintenant la vitesse de détection.

Ils ont ensuite modifié la surface des nanocristaux de pérovskite avec des ligands polymères zwitterioniques. Une fois hydratés, ces ligands ont grandement amélioré l’affinité du capteur pour les molécules de gaz NO2, entraînant ainsi une meilleure absorption.

D’autres expériences ont révélé que la conception proposée surpassait les capteurs conventionnels en termes de sensibilité chimique au NO2. De plus, leur système était très résistant à l’oxydation, grâce à l’action protectrice des nanocristaux de pérovskite. Ainsi, il pourrait résister à un stockage dans des conditions ambiantes pendant plusieurs semaines, présentant une durabilité impressionnante et un potentiel plus élevé d’installation à long terme.

« Nos résultats suggèrent une nouvelle approche pour le développement et la conception de capteurs de gaz basés sur divers matériaux composites afin d’obtenir à la fois une sensibilité et une sélectivité supérieures », souligne le professeur Park, tout en discutant des résultats.

Étant donné que les OSC peuvent être conçus pour être flexibles, légers et relativement peu coûteux lorsqu’ils sont produits en série, ils pourraient ouvrir la voie à l’adoption généralisée des capteurs de gaz dans divers contextes.

« Au-delà de contextes spécifiques tels que les sites industriels, les capteurs de gaz OSC pourraient permettre aux individus d’accéder facilement aux informations sur les niveaux de pollution de l’air via des appareils courants comme les montres intelligentes », explique le professeur Park. Il ajoute en outre : « De plus, ces capteurs ont le potentiel de faire progresser la technologie de diagnostic en facilitant la détection précoce de conditions médicales. Par conséquent, ils présentent un potentiel non seulement pour la sécurité industrielle, mais également dans les domaines de la sécurité alimentaire, de la surveillance des substances chimiques et des soins médicaux. diagnostic. »