Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) anunciaram o desenvolvimento de um detector inovador que promete revolucionar o monitoramento de gases tóxicos em ambientes industriais e domésticos. O novo sistema, descrito em um artigo publicado na revista Advanced Materials, é capaz de realizar monitoramento contínuo e de baixo custo da presença de gases tóxicos, algo que os sistemas atuais ainda não conseguem fazer de forma eficaz.
O detector combina duas tecnologias existentes de maneira inovadora: estruturas metal-orgânicas (MOFs) e polímeros condutores. Os MOFs são conhecidos por serem altamente sensíveis a pequenos traços de gás devido à sua natureza porosa e grande área de superfície, mas têm uma limitação significativa em sua durabilidade, degradando-se rapidamente. Em contrapartida, os polímeros condutores são duráveis e mais fáceis de processar, mas são muito menos sensíveis a gases. Ao combinar esses dois materiais, os pesquisadores conseguiram preservar as vantagens de ambos, enquanto mitigavam suas limitações.
“Se você os estiver usando como um sensor, poderá reconhecer se o gás está presente ao observar o efeito na resistividade do MOF”, explica Aristide Gumyusenge, professor assistente de desenvolvimento de carreira de Merton C. Flemings em Ciência e Engenharia e autor sênior do artigo. No entanto, os MOFs saturam-se rapidamente, perdendo sua capacidade de detectar e quantificar novos insumos de gás. Para resolver isso, a equipe decidiu usar um compósito polimérico que permite a reversibilidade no processo de detecção.
Funcionamento do novo detector
O processo de criação do detector envolve a combinação dos polímeros e do material MOF em uma solução líquida, que é então depositada em um substrato, onde seca formando um revestimento fino e uniforme. Esse revestimento combina a alta sensibilidade do MOF com a durabilidade e reversibilidade proporcionadas pelo polímero.
Quando moléculas de gás se prendem temporariamente ao material, ocorre uma mudança na resistência elétrica, que pode ser monitorada continuamente. A equipe demonstrou a capacidade do material de detectar dióxido de nitrogênio (NO₂), um gás tóxico comum em processos de combustão, em um dispositivo de escala laboratorial. Após 100 ciclos de detecção, o material manteve seu desempenho inicial dentro de uma margem de 5 a 10%, demonstrando seu potencial para uso a longo prazo.
Aplicações e impactos
Este novo detector tem uma sensibilidade maior do que os detectores de dióxido de nitrogênio atualmente utilizados. O NO₂ é frequentemente emitido por fogões e processos industriais, e a detecção confiável em baixas concentrações é crucial devido à sua associação com problemas respiratórios, como a asma.
Além disso, a equipe do MIT demonstrou que o novo compósito poderia detectar o gás em concentrações tão baixas quanto 2 partes por milhão de forma reversível. “Podemos definitivamente adaptar a química para atingir outras moléculas voláteis”, afirma Gumyusenge, referindo-se à versatilidade do detector para detectar uma variedade de gases tóxicos.
O material pode ser aplicado em diversas formas, incluindo detectores portáteis ou dispositivos semelhantes a alarmes de fumaça. Uma vantagem significativa do polímero é a capacidade de ser depositado como um filme fino e uniforme, o que reduz os custos de produção e facilita o processamento industrial.
Próximos passos e testes em ambientes reais
O próximo passo para os pesquisadores é testar o material em ambientes reais. Gumyusenge sugere que o material pode ser aplicado como revestimento em chaminés ou tubos de exaustão, monitorando continuamente a presença de gases tóxicos através de leituras de um dispositivo de monitoramento de resistência. Esses testes são essenciais para verificar a eficácia do detector em condições do mundo real, onde a presença de outros contaminantes pode afetar o desempenho.
“Vamos colocar os sensores em cenários do mundo real e ver como eles funcionam”, diz Gumyusenge. Este desenvolvimento promete melhorias significativas na segurança e na saúde em ambientes industriais e domésticos, fornecendo uma ferramenta robusta e econômica para a detecção contínua de gases tóxicos.
O trabalho foi apoiado pelo Consórcio de Clima e Sustentabilidade do MIT (MCSC), pelo Laboratório de Sistemas de Água e Alimentos Abdul Latif Jameel (J-WAFS) do MIT e pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos. A equipe de pesquisa inclui professores, estudantes de graduação e pós-doutorandos, destacando a natureza colaborativa e interdisciplinar do projeto.
