Uno de los contaminantes comunes en el aire interior es el formaldehído. Para detectar este gas a temperatura ambiente, los investigadores de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) han desarrollado sensores fabricados a partir de materiales muy porosos conocidos como aerogeles. Los sensores de prueba de concepto, que requieren una potencia mínima, podrían adaptarse para detectar una amplia gama de gases peligrosos y también podrían miniaturizarse para aplicaciones portátiles y sanitarias.
El formaldehído es un compuesto orgánico volátil (COV) común y lo emiten artículos del hogar, incluidos productos de madera prensada (como MDF), papeles pintados y pinturas, y algunas telas sintéticas. En su mayor parte, los niveles de formaldehído emitidos por estos artículos son bajos, pero los niveles pueden aumentar con el tiempo, especialmente en garajes donde es más probable que se almacenen pinturas y otros productos que emiten formaldehído.
Los investigadores basaron sus sensores en aerogeles, materiales ultraligeros a los que a veces se hace referencia como ‘humo líquido’, ya que contienen más del 99% de aire en volumen. La estructura abierta de los aerogeles permite que los gases entren y salgan fácilmente. Al diseñar con precisión la forma o morfología de los agujeros, los aerogeles pueden actuar como sensores altamente efectivos.
Generación de los aerogeles
Junto con los investigadores de la Universidad de Warwick (Reino Unido), los investigadores de la Universidad de Cambridge optimizaron la composición y estructura de los aerogeles para aumentar su sensibilidad al formaldehído, convirtiéndolos en filamentos de aproximadamente tres veces el ancho de un cabello humano.
Los investigadores imprimieron en 3D líneas de una pasta hecha de grafeno, una forma bidimensional de carbono, y liofilizaron la pasta de grafeno para formar los agujeros en la estructura final del aerogel. Los aerogeles también incorporan diminutos semiconductores conocidos como puntos cuánticos.
Los sensores que desarrollaron pudieron detectar formaldehído en concentraciones tan bajas como ocho partes por mil millones, que es el 0,4% del nivel considerado seguro en los lugares de trabajo del Reino Unido. Los sensores también funcionan a temperatura ambiente y consumen muy poca energía.
Según los investigadores, los sensores de gas tradicionales necesitan calentarse, pero debido a la forma en que han diseñado los materiales, sus sensores funcionan adecuadamente a temperatura ambiente, por lo que utilizan entre 10 y 100 veces menos energía que otros sensores.
Algoritmos de aprendizaje automático en los sensores
Para mejorar la selectividad, los investigadores incorporaron algoritmos de aprendizaje automático en los sensores. Los algoritmos fueron entrenados para detectar la ‘huella digital’ de diferentes gases, de modo que el sensor fuera capaz de distinguir la huella digital del formaldehído de la de otros COV.
Los investigadores dicen que la misma técnica podría usarse para desarrollar sensores que detecten otros COV. En teoría, un dispositivo del tamaño de un detector de monóxido de carbono doméstico estándar podría incorporar múltiples sensores diferentes, proporcionando información en tiempo real sobre una variedad de diferentes gases peligrosos.
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