Un nouveau matériau composite comme capteur de CO₂-

Des scientifiques des matériaux de l'ETH Zurich et de l'Institut Max Planck pour la recherche sur les collo?des et les surfaces limites à Potsdam ont mis au point un nouveau type de capteur qui détecte le dioxyde de carbone (CO₂) peut mesurer. Il est beaucoup plus petit, de conception plus simple et nécessite beaucoup moins d'énergie que les capteurs existants, dont il diffère complètement dans son principe de fonctionnement. Le nouveau capteur est constitué d'un matériau composite nouvellement développé, qui est rempli de CO₂-interagissent avec les molécules de CO₂-concentration dans l'environnement modifie sa conductivité. Les scientifiques de l'ETH ont utilisé ce matériau pour construire des puces de détection qui leur ont permis, par une simple mesure de la résistance électrique, de déterminer la concentration de CO₂-de la concentration de CO2.

Les macromolécules en forme de cha?ne (polymères), composées de certains sels, constituent la base du matériau composite. Ces sels sont appelés "liquides ioniques" et sont liquides et conducteurs à température ambiante. Les polymères qui en sont issus portent le nom trompeur de "liquides polyioniques" pour les profanes - bien qu'ils ne soient pas liquides, mais solides.

Propriétés inattendues

Pour différentes raisons - dont la recherche sur les batteries et la mesure du CO₂-des scientifiques du monde entier étudient actuellement ces liquides polyioniques. Gr?ce à ces recherches, on sait que les liquides polyioniques peuvent stocker le CO₂ peuvent adsorber. "Nous nous sommes demandé si nous pouvions exploiter cette propriété pour obtenir des informations sur les émissions de CO₂-Il s'agit d'obtenir des données sur la concentration de CO2 dans l'air et de développer ainsi un nouveau type de capteur de gaz", explique Christoph Willa, doctorant au Laboratoire des matériaux multifonctionnels.

Willa et Dorota Koziej, ma?tre-assistante dans le même laboratoire, ont finalement réussi à mélanger les polymères avec certaines nanoparticules inorganiques, qui ont également été mélangées avec du CO₂ interagissent entre eux. Les scientifiques ont fabriqué un matériau composite à partir des deux matériaux. "Ni le polymère ni les nanoparticules pris séparément ne sont conducteurs d'électricité", explique Willa, doctorant à l'ETH. "Mais lorsque nous avons mélangé les deux composants dans une certaine proportion, la conductivité a rapidement augmenté".

Modifications chimiques dans les matériaux

Ce n'est pas la seule chose qui a étonné les scientifiques. Ils ont également été surpris de constater que la conductivité du matériau composite à température ambiante CO₂-dépendante de l'environnement. "Les matériaux dits chimiorésistifs connus jusqu'à présent ne présentent cette propriété qu'à partir d'une température de plusieurs centaines de degrés Celsius", explique Dorota Koziej. Les capteurs fabriqués à partir des matériaux chimiorésistifs existants devaient donc être chauffés à une température de fonctionnement élevée. Avec le nouveau matériau composite, cela n'est pas nécessaire, ce qui facilite considérablement l'application.

Comment les molécules de CO₂-La modification de la conductivité en fonction de la température n'a pas encore été élucidée en détail. Les scientifiques ont toutefois trouvé des indices indiquant que des changements chimiques se produisent à l'échelle nanométrique à l'interface entre les nanoparticules et le polymère, lorsque des molécules de CO₂-molécules sont présentes. "Nous supposons que ces effets modifient la mobilité des particules chargées dans le matériau", explique Koziej.

Appareils de mesure de l'air respirable pour les plongeurs

Gr?ce au nouveau capteur, les scientifiques peuvent mesurer le CO₂-Les capteurs de gaz peuvent mesurer la concentration de dioxyde de carbone dans une large gamme de valeurs : de la concentration dans l'atmosphère terrestre de 0,04% en volume à 0,25% en volume.

Les sites existants de stockage du CO₂-Les appareils de mesure fonctionnent généralement de manière optique et utilisent le fait que le CO₂ absorbe la lumière infrarouge. Par rapport à ces appareils, les chercheurs indiquent que le nouveau matériau permet de développer des appareils portables beaucoup plus petits, qui nécessitent en outre moins d'énergie. "On peut imaginer des appareils portables pour mesurer l'air respiré par les plongeurs, les alpinistes de l'extrême ou des applications médicales", explique Koziej.