"Gefrorener Rauch" erkennt Gift Formaldehyd
Innovativer Sensor von Forschern der University of Cambridge ist unvorstellbar empfindlich
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Neuer Sensor auf der Basis von "gefrorenem Rauch" (Bild: cam.ac.uk) |
Cambridge (pte002/13.02.2024/06:05)
Von "gefrorenem Rauch" spricht Tawfique Hasan von der University of Cambridge, wenn er das Ausgangsmaterial für einen extrem empfindlichen Sensor beschreiben soll. Er und sein Team haben ein Gerät entwickelt, das die Konzentration von Formaldehyd misst, wenn in einer Mrd. Luftteilchen nur acht Partikel des Giftes vorhanden sind, das Allergien, Haut-, Atemwegs- und Augenreizungen hervorrufen kann.
Ein Fünftel britischer Haushalte
Flüchtige organische Verbindungen (VOCs) wie Formaldehyd sind eine Hauptursache für die Luftverschmutzung in Innenräumen. Das ätzende Gas entweicht Holzplatten, die für den Innenausbau und Möbel verwendet werden, Tapeten und Farben sowie einigen synthetischen Stoffen. Es entsteht auch beim Rauchen. Normalerweise ist die Konzentration gering, kann aber mit der Zeit zunehmen und zu Unwohlsein führen. Laut einem Bericht der Kampagnengruppe "Clean Air Day" aus dem Jahr 2019 wies ein Fünftel der britischen Haushalte erhebliche Formaldehyd-Konzentrationen auf.
13 Prozent von diesen erhobenen Haushalten übertrafen sogar den von der Weltgesundheitsorganisation empfohlenen Grenzwert. Basis des neuen Sensors ist ein Aerogel, ein ultraleichtes und ultraporöses Material auf Graphen-Basis, das zu 99 Prozent aus Luft besteht. Dessen offene Struktur ermöglicht den einfachen Ein- und Austritt von Gasen. Durch die präzise Gestaltung der Form oder Morphologie der Löcher können die Aerogele als hochwirksame Sensoren fungieren.
E-Eigenschaften verändern sich
Wenn sie Formaledhydmoleküle aufnehmen, verändern sich ihre elektrischen Eigenschaften. Weil die Poren in den Aerogelen gerade einmal so groß sind, dass Formaledhydmoleküle hineinpassen, sind diese Veränderungen eindeutig auf dieses ätzende Gas zurückzuführen. Hasans Team stellt auch Aerogele mit anderen Porengrößen her, die beispielsweise das tödliche Gas Kohlenstoffmonoxid eindeutig identifizieren.
"Herkömmliche Gassensoren müssen aufgeheizt werden, um zu funktionieren. Aufgrund der Art und Weise, wie wir den Sensor entwickelt haben, funktioniert er bei Raumtemperatur unglaublich gut, sodass er zwischen zehn und 100 Mal weniger Strom verbraucht als andere Sensoren", so Hasans Doktorand Zhuo Chen. Um die Selektivität weiter zu verbessern, haben die Forscher die KI-basierte Analyse-Software mit maschinellem Lernen trainiert, um die "Fingerabdrücke" verschiedener Gase zu erkennen. Formaldehyd lässt sich so von anderen VOCs eindeutig unterscheiden.
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