Une équipe d’ingénieurs australiens propose une solution novatrice dans les domaines qui concernent à la fois la sécurité des nouvelles sources d’énergie et la précision du diagnostic médical. Ainsi, un capteur de gaz ammoniaque, compact et performant, pourrait transformer ces domaines.
Des chercheurs de l’Université RMIT, de l’Université de Melbourne et du Centre d’Excellence ARC pour les Systèmes Méta-Optiques Transformatifs (TMOS) ont mis au point un capteur de gaz ammoniaque novateur. Ce dispositif, décrit dans la revue ‘Advanced Functional Materials’, représente une avancée significative pour la sécurité du stockage de l’hydrogène et le développement d’appareils de diagnostic médical spécialisés.
L’exposition à des niveaux élevés d’ammoniac est capable d’entraîner des affections pulmonaires chroniques et des dommages irréversibles aux organes. Avec une production mondiale estimée à 235 millions de tonnes métriques d’ammoniac par an et son potentiel en tant que moyen de stockage de l’hydrogène pour un carburant propre, la détection fiable et sensible de l’ammoniac devient donc essentielle pour identifier rapidement les fuites potentiellement dangereuses de gaz ammoniaque.
Par ailleurs, l’ammoniac présent dans l’haleine humaine est en mesure de servir de biomarqueur vital pour le diagnostic de nombreuses maladies, notamment les troubles rénaux et hépatiques. Le capteur de l’équipe, capable de mesurer de minuscules quantités d’ammoniac, pourrait être conçu pour détecter le gaz dans l’haleine des personnes afin d’alerter les médecins sur les troubles de santé.
Fonctionnement du capteur
Le Dr Nitu Syed, chercheur principal et McKenzie Research Fellow de l’Université de Melbourne, RMIT et TMOS, explique que le capteur est doté d’une couche de dioxyde d’étain atomiquement fine et transparente, capable de suivre l’ammoniac à des niveaux bien inférieurs à ceux des technologies similaires.
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La présence d’ammoniac dans l’air modifie la résistance électrique du film de dioxyde d’étain dans le capteur : plus le niveau d’ammoniac est élevé, plus la résistance du dispositif change. Des expériences ont été menées pour tester sa capacité à détecter le gaz ammoniaque à diverses concentrations sous différentes conditions, y compris la température.
Fabrication du capteur
Le Dr Ylias Sabri, co-chercheur principal de l’École d’Ingénierie de RMIT, souligne que l’équipe a utilisé une technique peu coûteuse et évolutive pour déposer une couche de dioxyde d’étain extrêmement fine sur un matériau de base, dont un matériau flexible, ce qui était difficile à réaliser avec d’autres approches.
« Nous récoltons directement un film de dioxyde d’étain à partir de la surface de l’étain fondu à 280 degrés Celsius. Le film est 50 000 fois plus fin que le papier », précise le Dr Sabri. Cette approche ne nécessite qu’une seule étape de synthèse, sans utiliser de solvants toxiques, de vide ou d’instruments encombrants et coûteux.
Prochaines étapes
L’équipe souhaite maintenant collaborer avec des partenaires industriels pour développer davantage et prototyper le capteur afin de démontrer ses capacités de détection performantes. « La méthode de fabrication s’aligne bien avec les processus de fabrication de l’industrie du silicium existants, ce qui la rend adaptée à la production de masse », conclut l’équipe.
En synthèse
Ce capteur de gaz ammoniaque représente une avancée significative pour la détection précise et sécurisée de l’ammoniac, avec des implications importantes pour le stockage de l’hydrogène et le diagnostic médical. Sa conception innovante et sa méthode de fabrication économique et adaptable promettent une intégration aisée dans les processus industriels et une utilisation étendue dans les années à venir.
Pour une meilleure compréhension
Quelle est l’importance de la détection de l’ammoniac?
La détection de l’ammoniac est cruciale pour prévenir les risques pour la santé liés à l’exposition à des niveaux élevés de ce gaz, ainsi que pour surveiller les fuites potentiellement dangereuses lors du transport de l’hydrogène.
Comment le capteur distingue-t-il l’ammoniac des autres gaz?
Le capteur utilise une couche de dioxyde d’étain qui change de résistance électrique en présence d’ammoniac, permettant ainsi de le distinguer des autres gaz avec une grande sélectivité.
Quels sont les avantages de ce nouveau capteur par rapport aux méthodes existantes?
Ce capteur est plus compact, moins encombrant, et peut fournir des mesures instantanées sans équipement de laboratoire coûteux ni préparation d’échantillons extensive.
Le capteur peut-il être utilisé dans le domaine médical?
Oui, le capteur a le potentiel d’être utilisé pour détecter l’ammoniac dans l’haleine humaine, ce qui pourrait aider au diagnostic de diverses maladies.
Quelles sont les prochaines étapes pour le développement de ce capteur?
L’équipe cherche à collaborer avec des partenaires industriels pour affiner le prototype et démontrer ses capacités de détection dans des applications réelles.
Références
Légende illustration : L’équipe a utilisé une technique peu coûteuse et évolutive pour déposer du dioxyde d’étain très fin sur un matériau de base, même sur un matériau souple, ce que d’autres approches ont eu du mal à faire. Crédit : Seamus Daniel, RMIT
L’article à comité de lecture des chercheurs, intitulé “Instant-in-Air Liquid Metal Printed Ultrathin Tin Oxide for High-Performance Ammonia Sensors”, est publié dans Advanced Functional Materials (DOI : 10.1002/adfm.202309342).
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