Полимерное покрытие увеличило срок службы датчика качества воздуха на основе MXene в три раза
Автор: Unsplash/CC0 Public Domain
Чистящие средства, свечи, детские кроватки и косметика — это лишь несколько распространённых бытовых предметов, выделяющих формальдегид. Этот бесцветный газ без запаха представляет риск для здоровья человека при концентрации выше 0,1 части на миллион.
Чтобы сделать мониторинг качества воздуха более доступным, исследователи из Университета Карнеги-Меллон разработали недорогой и долговечный датчик формальдегида для помещений. Уникальное полимерное покрытие на датчике на основе MXene не только увеличило его срок службы в три раза, но и позволило восстанавливать его чувствительность при ухудшении работы.
MXene — это класс соединений, перспективных для хранения энергии и обнаружения газов благодаря превосходным электрическим свойствам и универсальной химии поверхности. Однако MXene подвержен окислению, особенно при контакте с воздухом и влагой, что создавало проблему для датчиков качества воздуха на его основе.
Новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, решает эту проблему с помощью полимерного покрытия. Используя метод химического осаждения из паровой фазы (CVD), команда под руководством профессора машиностроения Риджи Джаян нанесла наноразмерный полимерный слой на датчик MXene. Этот процесс аналогичен тому, как конденсат покрывает холодный стакан в жаркий день.
Без покрытия датчик работал чуть более двух месяцев, а с полимерным слоем — более пяти месяцев.
Швета Сунил Кумар, ведущий автор исследования и кандидат наук в области машиностроения, заметила неожиданный эффект: «Мы обнаружили, что полимерный слой также усиливает химическую реакцию, позволяя датчику обнаруживать более низкие уровни формальдегида. Поскольку образуется новая молекула, повышающая чувствительность, мы задумались: можно ли восстановить работу датчика, стимулируя образование таких молекул?»
Оказалось, что при введении влаги в конце срока службы датчик восстанавливает около 90% своей чувствительности.
«Наши полимерные слои диэлектрические и высокоизолирующие, что делает датчики стабильными и устойчивыми», — пояснила Джаян.
Моделирование, проведённое доцентом гражданской и экологической инженерии Джерри Вангом, подтвердило эффективность датчиков. Полимерный слой значительно замедляет проникновение кислорода и влаги.
Джаян уверена, что эту технологию можно применить и к другим устройствам для увеличения срока службы. В настоящее время она разрабатывает аналогичную технологию для продления жизни батарей.
Альберт Престо, директор Центра изучения атмосферных частиц CMU и соавтор статьи, считает, что такие датчики можно интегрировать в смартфоны или системы «умного дома». В будущем их можно будет наносить на стены или встраивать в одежду для постоянного мониторинга.
«Качество воздуха в помещениях часто недооценивают, — сказал он. — Мы живём в мире, насыщенном пластиком, и это имеет последствия. Наша цель — информировать людей о загрязнителях, чтобы они могли принимать обоснованные решения».
Дополнительная информация: Shwetha Kumar et al, Polymer Encapsulation via Initiated Chemical Vapor Deposition (iCVD) to Enhance Stability of Ti3C2Tx MXene-Based Formaldehyde Sensors, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adu6682. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu6682
0 комментариев