Thiết bị Cảm Biến Khí CO 2 (daikynguyen.com)

Các nhà nghiên cứu tuyên bố có thể tạo ra các thiết bị cảm biến khí CO2 nhỏ gọn, có thể đeo bên người khi lặn biển hoặc leo núi nhờ vào thiết kế tiết kiệm năng lượng. (Ảnh: Fabio Bergamin/Đại học Zurich)

Thiết bị cảm biến khí cacbon dioxit (CO2) hoàn toàn mới hiện nay có kích thước nhỏ gọn hơn rất nhiều so với các thiết bị hiện hành trên thị trường. Thiết bị này dễ lắp ráp hơn, đồng thời cũng tiêu thụ ít năng lượng hơn.

Thiết bị cảm biến mới này bao gồm một loại vật liệu tổng hợp mới được phát triển gần đây có khả năng tương tác với các phân tử CO2 và thay đổi tính dẫn điện phụ thuộc vào nồng độ khí CO2 trong môi trường. Các nhà khoa học thuộc trường Đại học Zurich đã tạo ra một con chíp cảm biến tương thích với loại vật liệu này có khả năng đo nồng độ khí CO2 dựa vào điện trở.

Về cơ bản, vật liệu tổng hợp là một đại phân tử dạng chuỗi (pô-li-me) cấu thành từ các hạt muối gọi là chất lỏng i-ôn, thuộc thể lỏng và có khả năng dẫn điện tại nhiệt độ phòng. Tên gọi của các chất pô-li-me này có thể gây nhầm lẫn vì chúng được gọi là “poly(ionic liquid)s” hay PIL, mặc dù chúng là chất rắn chứ không phải chất lỏng (liquid).

Các tính chất không ngờ

Các nhà khoa học trên toàn thế giới hiện đang nghiên cứu các ứng dụng khác nhau của PIL, ví như trong pin và lưu trữ khí CO2. Nghiên cứu cho thấy chất PIL có thể hấp thụ CO2.

“Chúng tôi tự hỏi liệu có thể khai thác tính chất này để thu thập thông tin về nồng độ khí CO2 trong không khí nhằm phát triển một loại cảm biến khí ga mới hay không”, Christoph Willa, nghiên cứu sinh tại Phòng thí nghiệm Vật liệu đa chức năng.

WIlla và Dorota Koziej, một trưởng nhóm trong phòng thí nghiệm, đã thành công trong việc trộn lẫn các chất polymer với các hạt nano vô cơ nhất định cũng có thể tương tác với khí CO2. Sau khi tạo ra vật liệu tổng hợp, họ đã có một phát hiện đáng kinh ngạc.

“Xét riêng, cả chất polymer hay hạt nano đều không dẫn điện”, Willa nói. “Nhưng khi kết hợp chúng theo một tỷ lệ nhất định, tính dẫn điện của chúng tăng lên nhanh chóng”.

Không cần nhiệt độ cao

Các nhà khoa học cũng ngạc nhiên khi nhận thấy tính dẫn điện của vật liệu tổng hợp tại nhiệt độ phòng phụ thuộc vào khí CO2.

“Cho tới nay, các vật liệu kháng hóa chất chỉ biểu lộ các tính chất trên ở mức nhiệt độ lên đến vài trăm độ C”, Koziej giải thích. Do đó, các cảm biến CO2 hiện tại làm từ vật liệu kháng hóa chất cần phải được làm nóng lên mức nhiệt độ cao.

Với vật liệu tổng hợp mới, điều đó không còn cần thiết.

Họ nghi ngờ rằng khí CO2 đã kích phát biến đổi hóa học ở mặt phân cách giữa các hạt nano và các pô-li-me ở mức nanomet.

“Chúng tôi nghĩ rằng khí CO2 ảnh hưởng đến tính lưu động của các hạt tích điện trong chất liệu”, Koziej nói.

Thiết bị lặn

Với thiết bị cảm biến mới, các nhà khoa học sẽ có thể đo đạc nồng độ khí CO2 trên một phạm vi rộng, từ một mức nồng độ 0,04% trong bầu khí quyển Trái đất cho đến mức 0,25%.

Các thiết bị có thể phát hiện khí CO2 hiện nay sẽ đo đạc dấu hiệu quang học, dựa trên tính chất hấp thụ tia hồng ngoại của khí CO2. Khi so sánh, các nhà nghiên cứu tin rằng với chất liệu mới họ sẽ có thể phát triển các thiết bị nhỏ hơn nhiều, dễ mang theo, đồng thời cũng tiêu thụ ít năng lượng hơn.

Theo Koziej, “các thiết bị có thể mang theo người để đo đạc lượng khí hô hấp khi lặn biển hay leo núi khắc nghiệt vùng cao, hay ứng dụng trong y tế hiện đã nằm trong tầm với”.

Đội ngũ, bao gồm các nhà khoa học từ Max Planck Institute of Colloids and Interfaces ở Postdam, Đức đã công bố công trình của họ trên tạp chí Advanced Functional Materials (Các chất liệu hữu dụng cao cấp).

Nguồn: Đại học Zurich. Đăng lại từ Futurity.org dưới Creative Commons License 4.0.Tác giả: Fabio Bergamin, Đại học Zurich.

Quý Khải biên dịch.