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Novo sensor de gás portátil monitora níveis de poluente tóxico em tempo real

Novo sensor de gás portátil monitora níveis de poluente tóxico em tempo real

Cientistas desenvolvem protótipo de uma pulseira com sensor acoplado para identificar a presença no ar do dióxido de nitrogênio, gás nocivo à saúde humana

Pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP desenvolveram um sensor de gás flexível e portátil capaz de detectar a presença do dióxido de nitrogênio (NO2), um dos poluentes mais nocivos à saúde humana. Diferente dos modelos tradicionais, que funcionam em altas temperaturas e são fixos devido ao sistema de aquecimento, o sensor, à base de eletrodos, pode ser transportado para monitorar o gás em tempo real. Em parceria com a Universitat Rovira i Virgili na Espanha, os cientistas iniciaram a produção do protótipo de uma pulseira com o sensor acoplado.

A pesquisa é descrita em artigo da revista científica Materials Science in Semiconductor Processing.

“O dióxido de nitrogênio é um oxidante marrom-avermelhado, altamente reativo, não inflamável e com odor irritante”, afirma ao Jornal da USP o professor Valmor Roberto Mastelaro, orientador do trabalho.

“Quando seres humanos são expostos a uma concentração acima do limite de segurança, uma parte por milhão (ppm) por um período de oito horas, o gás pode prejudicar o sistema respiratório causando irritação, bronquite crônica e enfisema pulmonar, além de irritar a pele e os olhos. Uma exposição acima de 150 ppm pode resultar em edema pulmonar ou morte por broncoespasmo.”

“O gás é formado pela combustão de combustíveis fósseis em usinas de energia e motores de veículos e contribui para a formação de ozônio, chuva ácida e aquecimento global. Além disso, o dióxido de nitrogênio é amplamente usado na agricultura, indústrias militares e de mineração”, explica o professor.

“Por exemplo, ele desempenha um papel importante na síntese de ácido nítrico, que é vital para a fabricação de explosivos e fertilizantes. Devido aos efeitos nocivos, é importante o monitoramento em tempo real, principalmente onde existe uma alta emissão desse gás como indústrias, mineração, locais de alto tráfego de veículos em grandes cidades e na agricultura”.

“O objetivo do trabalho é o desenvolvimento de um sensor de gás flexível para detectar o dióxido de nitrogênio (NO2) a temperatura ambiente”, descreve a engenheira Amanda Akemy Komorizono, primeira autora do artigo, que realizou a pesquisa durante o doutorado no IFSC. “Atualmente, os sensores de gases tóxicos são normalmente rígidos, operam em temperaturas de 200ºC a 300ºC, e são conectados a sistemas eletrônicos fixos em ambientes que exigem o monitoramento de um determinado tipo de gás.”

Fácil fabricação

“Esses dispositivos são geralmente fabricados com semicondutores de óxidos metálicos que operam a altas temperaturas, logo, necessitam de sistema de aquecimento, com a respectiva alimentação. Como os sensores são aquecidos, o uso diário em acessórios ou roupas não é viável”, diz a pesquisadora. “O foco da pesquisa foi desenvolver um sensor acoplável que fosse de fácil fabricação e baixo custo, para o monitoramento em tempo real do ar atmosférico.”

O dispositivo mede aproximadamente 1 cm por 0,5 cm e foi fabricado com um eletrodo de ouro em um substrato de um material polimérico (PET).

“Para obter o sensor é depositado sobre o eletrodo um material com nanopartículas de óxido de grafeno reduzido (rGO) e óxido de zinco (ZnO)”, relata Amanda Akemy Komorizono. “Esses materiais não apresentam toxicidade e o sensor pode ser reciclado após o fim da vida útil.”

“O funcionamento do sensor é baseado na alteração da resistência elétrica do dispositivo. Quando o dispositivo é exposto ao dióxido de nitrogênio ocorre uma redução e, quando o gás é removido do ambiente, ela retorna ao seu valor inicial”, diz a pesquisadora. “Através dessa variação da resistência elétrica é possível identificar quando o ambiente apresenta concentrações do gás acima do limite permitido.”

Segundo Amanda Akemy Komorizono, a ideia é que o sensor seja empregado por pessoas que trabalhem em ambientes em que possam estar expostas a altas concentrações de dióxido de nitrogênio como, por exemplo, indústrias, setor de transporte e agricultura.

“Atualmente, está em fase inicial de desenvolvimento o protótipo de uma pulseira que deverá suportar o sensor mais o circuito elétrico”, anuncia. A pulseira está sendo desenvolvida em parceria com o grupo Minos, liderado pelo professor Eduard Llobet, da Universitat Rovira i Virgili na Espanha. “Em seguida, o protótipo será testado ainda em laboratório antes de iniciar os processos para a comercialização.”

O artigo Flexible gas sensor based on rGO-ZnO for NO2 detection at room temperature é assinado por Amanda Akemy Komorizono, Ramon Resende Leite e Valmor Roberto Mastelaro, do IFSC, Silva De la Flor e Eduard Llobet, da Universitat Rovira i Virgili. O sensor de gás flexível foi desenvolvido através de uma parceria do Grupo de Nanomateriais e Cerâmicas Avançadas (NaCA) do IFSC/USP com o grupo Minos da Universitat Rovira i Virgili. Na Espanha, os pesquisadores Alejandro Santos-Betancourt e Alfonso Romero também participam do desenvolvimento do protótipo.

Fonte: Jornal da USP


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