A natureza inspira um novo sensor de hidrogênio

Alguns veem o hidrogênio como o combustível do futuro, com potencial para atender às indústrias de uso intensivo de energia – como aviação, transporte marítimo e manufatura – que sobrecarregariam a energia eólica e solar.

Mas como o hidrogênio é um gás incolor, inodoro, insípido e altamente inflamável, ele apresenta um alto risco, portanto, sem surpresa, a pesquisa em tecnologia de hidrogênio incluiu um foco no desenvolvimento de sensores excelentes.

Agora, o cientista de materiais Ylias Sabri e colegas da Universidade RMIT da Austrália desenvolveram um protótipo de um sensor ultracurto e ativado por luz que funciona em temperatura ambiente.

O segredo? Borboletas.

A superfície deste novo sensor é coberta por microestruturas irregulares e cuidadosamente espaçadas que imitam a asa de uma borboleta. Nas borboletas, essas nanoestruturas afetam como a luz é refletida para criar cores iridescentes, enquanto o sensor usa essas saliências microscópicas – chamadas de cristais fotônicos ou coloidais – para capturar a luz com eficiência. Isso permite que ele retire toda a energia necessária de um feixe de luz, em vez de requerer calor.

O protótipo, descrito na revista ACS Sensors, compreende um chip eletrônico revestido primeiro em uma fina camada desses cristais fotônicos e, em seguida, em uma liga de titânio-paládio. Quando o chip é exposto ao hidrogênio, o gás é convertido em água e dispara uma corrente elétrica, cuja magnitude indica o nível preciso de hidrogênio presente.

A natureza inspira um novo sensor de hidrogênio
Foto: (reprodução/ internet)

Sabri, este protótipo ultrapassa qualquer sensor de hidrogênio atualmente no mercado. “Alguns sensores podem medir pequenas quantidades, outros podem detectar concentrações maiores; todos eles precisam de muito calor para funcionar ”, explica. “Nosso sensor de hidrogênio pode fazer tudo – é sensível, seletivo, funciona em temperatura ambiente e pode detectar em uma ampla gama de níveis.”

O sensor pode captar hidrogênio em concentrações de apenas 10 partes por milhão (útil para diagnósticos médicos) e de até 40.000 partes por milhão (útil para detectar quantidades explosivas).

Uma vez que o sensor funciona com luz em vez de calor, é mais barato e seguro operar do que outros sensores disponíveis comercialmente, que normalmente operam entre 150 e 400 graus Celsius. Também é altamente seletivo, capaz de distinguir com precisão o hidrogênio de outros gases, contra os quais os sensores de corrente lutam.

O co-pesquisador Ahmad Kandjani diz que essa ampla faixa de detecção e seletividade seriam extremamente úteis se o hidrogênio fosse integrado ao sistema de energia.

“Ao fornecer tecnologia de detecção precisa e confiável que pode detectar o menor dos vazamentos, muito antes que se tornem perigosos, esperamos contribuir para o avanço de uma economia de hidrogênio que pode transformar o fornecimento de energia em todo o mundo”, diz ele.

A equipe está atualmente buscando uma patente e espera que o sensor seja aplicado em uma variedade de áreas – incluindo a melhoria da saúde humana.

Muitos distúrbios gastrointestinais têm sido associados a níveis elevados de hidrogênio no intestino. Os pacientes são normalmente diagnosticados com uma amostra de respiração processada por um laboratório, mas Sabri acredita que seu sensor pode ser integrado a um dispositivo portátil e, assim, fornecer resultados imediatos.

A natureza inspira um novo sensor de hidrogênio
Foto: (reprodução/ internet)

Com condições intestinais, a diferença entre níveis saudáveis ​​de hidrogênio e níveis prejudiciais à saúde é minúscula – apenas 10 partes por milhão – mas nosso sensor pode medir com precisão essas pequenas diferenças”, diz ele.

O estudo prevê que a sensibilidade pode ser melhorada ainda mais, até 2,5 partes por milhão. Isso também será útil em células de combustível de hidrogênio ou tecnologia de bateria.

Sensores de corrente, diz Sabri, visam detectar vazamentos de hidrogênio assim que atingirem 1-2% no ar, o que é bem próximo de 4% – o limite no qual o hidrogênio se torna explosivo.

“O que tentamos fazer é olhar para o nível de partes por milhão, para sabermos assim que houver algum vazamento”, diz Sabri.“Isso simplesmente dá mais confiança aos futuros usuários de tecnologias de hidrogênio … Quanto mais sensível e seletivo for o seu sensor, mais confiança você pode fornecer aos usuários finais.”

Para aumentar a sensibilidade do dispositivo, a equipe fará experiências em fazer o dispositivo com várias camadas, tentando com diferentes comprimentos de onda de luz e variando os materiais, incluindo o uso de diferentes semicondutores.

“Vamos ver o quão bom podemos realmente fazer isso”, conclui Sabri.

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Traduzido e editado por equipe Isto é Interessante 

Fonte: Cosmos Magazine