15 лет на рынке Беларуси, России, Казахстана. И это только начало!
ru | en

Датчик, который позволит определить загрязнение воды в режиме реального времени

Датчик, который позволит определить загрязнение воды в режиме реального времени

Как известно, мониторинг качества воды в настоящее время происходит главным образом на водозаборах или водоочистных сооружениях, а не вдоль водопроводных линий в месте конечного потребления воды. Данный алгоритм неточно отражает состояние воды, так как на пути из источника воды к вашему крану могут произойти негативные изменения в качестве воды. Необходимо контролировать этот ключевой природный ресурс на наличие различных загрязняющих веществ, таких как токсичные ионы тяжелых металлов и бактерий в системах распределения и очистки воды. 

Взятый образец воды отправляется в лабораторию, где в специальных условиях в течение нескольких дней культура проращивается. То есть только по истечении определенного периода времени можно сказать, безопасна ли такая вода для потребления. 

Очевидно, что в настоящее время необходимы точные и доступные технологии обнаружения вредных веществ для обеспечения непрерывного контроля качества воды и раннего предупреждения загрязнений, чтобы избежать катастроф общественной безопасности.

Во время 64-го Международного симпозиума и выставки AVS, состоявшегося в конце октября в Тампе, штат Флорида, Junhong Chen, уважаемый профессор машиностроения, материаловедения и техники в Университете Висконсин-Милуоки, представил свою работу: платформа на основе графена для недорогого анализа воды в режиме реального времени для обнаружения различных загрязнителей воды. Новый датчик обнаруживает тяжелые металлы, бактерии, нитраты и фосфаты.

«Данная технология устраняет неудовлетворенную потребность в мониторинге критических загрязняющих веществ в питьевой воде в режиме реального времени и при низкой стоимостью», - заявляет разработчик. «Вода играет важную роль в современном мире, но только 3 процента доступной воды является питьевой, а с растущим спросом возрастает потребность в безопасной питьевой воде».

Графен, один слой атомов углерода, расположенный в двухмерной сотовой решетке, является многообещающим наноматериалом благодаря своей уникальной структуре и электрическим свойствам.

«Графен с собственной проводимостью - это бесщелевой полупроводник, который обладает чрезвычайно высокой подвижностью электронов (в 100 раз выше, чем у кремния), что делает его незаменимым материалом для точных высокоскоростных химических и биологических датчиков из-за его высокой чувствительности к электронным возмущениям» - говорит разработчик.

Принцип работы датчика заключается в размещении нанолистов на основе графена, которые являются полупроводниками, в межэлектродном расстоянии. Электропроводность графенового материала изменяется с привязкой веществ, называемых аналитами, к ее поверхности, и их химические составляющие идентифицируются и измеряются.

Величина изменения проводимости может быть скоррелирована с концентрацией аналита, и данная технология также включает функционализацию поверхности графенового материала с помощью специальных зондов, которые могут ориентироваться на конкретный аналит.

Датчик основан на полевом транзисторе (FET) с уменьшенным содержанием оксида графена (rGO) в качестве его измерительного канала.
Принцип работы датчика заключается в том, что проводимость rGO (обычно измеренная в сопротивлении) изменяется с привязкой химических веществ, таких как тяжелые металлы, к зондам, закрепленным на поверхности rGO. 

«Таким образом, наличие химических веществ можно определить, измеряя изменение сопротивления датчика» - говорит Junhong Chen.

Использование таких датчиков в реальном времени для мониторинга загрязнений в системах распределения воды позволит обеспечить раннее предупреждение о химическом и биологическом загрязнении, повышении безопасности использования воды и пользе для общественного здравоохранения.

Технология представленной платформы может быть использована для обнаружения различных аналитов для продуктов питания и напитков, а также для биомедицинских применений. Junhong Chen запустил стартап под названием NanoAffix Science LLC, чтобы коммерциализировать свою технологию мониторинга качества воды. При финансировании из Национального научного фонда и в сотрудничестве с несколькими компаниями они уже разработали прототип ручного устройства для быстрого и недорогого обнаружения ионов свинца в питьевой воде в режиме реального времени.

Источник