Rilevatore di gas miniaturizzato - Sensore Conduttometrico di Gas a Nanotubi di Carbonio

Descrizione

Sensore miniaturizzato e a basso costo per la rilevazione di basse concentrazione di gas tossici e inquinanti, quali N02, NO, S02, H2S, CO, C02, H2, NH3 e vapori organici.

Il sensore è stato realizzato impiegando uno strato di materiale nanostrutturale basato su nanotubi di carbonio* (una delle tre forme cristalline del carbonio), ha la dimensione di 10x10x0.6 mm e riesce a rivelare concentrazioni di gas dell’ordine delle parti per milione (ppm) fino alle parti per miliardo (ppb) a temperature operative comprese nell'intervallo 20-300°C.

Vantaggi

Il processo di fabbricazione messo a punto ha permesso di realizzare un sensore miniaturizzato semplice e a basso costo, con prestazioni funzionali avanzate in termini di elevata sensibilità e selettività dei gas da rilevare. Il sensore è una valida alternativa ai metodi convenzionali di rilevamento gas basati su tecniche cromatografiche, spettroscopiche o ottiche, che utilizzano una strumentazione costosa, ingombrante, soggetta a manutenzione ordinaria periodica, e con procedure di misura elaborate e prolungate nel tempo.

Campo di applicazione

Il sensore può essere impiegato per il controllo di fughe di gas negli impianti industriali e per il monitoraggio ambientale di aree urbane. Viste le piccole dimensioni e l’alta sensibilità, può essere impiegato anche per il controllo e la sorveglianza di aree protette e sensibili, quali aeroporti, porti, stazioni ferroviarie, acquedotti, monumenti e piazze, e per il controllo della qualità degli alimenti, come cibo e bevande e prodotti agroalimentari, quali vino, olio e succhi di frutta.

Visto il basso costo di vendita, ottenuto grazie alla scelta dei materiali impiegati, il sensore può essere impiegato anche nel settore della domotica, per il monitoraggio di fughe di gas in ambiente.

Intervista a Michele Penza

Note

*I nanotubi di carbonio sono una delle tre forme cristalline del carbonio, le altre due sono il diamante e la grafite. Questi cristalli furono scoperti nel 1991. Essi sono risultati 100 volte più forti dell'acciaio, 2 volte più leggeri dell'alluminio, hanno elevate proprietà elastiche e sono capaci di trasportare correnti 1000 volte superiori ai cavi di rame senza fondere. Sono materiali molto sensibili e con grandi capacità di assorbimento, hanno delle lunghezze che variano da decine di nanometri a diversi micrometri, e diametri compresi tra i 2.5 nm e i 30 nm.

Scheda tecnica

Il sensore è realizzato depositando su un substrato dielettrico di allumina a basso costo, opportunamente ingegnerizzato con contatti elettrici di cromo-oro (Cr-Au), uno strato di nanotubi di carbonio a parete multipla, fatti crescere mediante la tecnica RF-PECVD di deposizione chimica da vapore. La tecnica di deposizioone dei nanotubi è stata migliorata grazie all’impiego di plasma gassoso, all’assistenza con radiofrequenza e all’impiego di catalizzatori, principalmente Cobalto (Co) o Ferro (Fe).

Per migliorare la sensibilità e conferire al sensore una selettività pronunciata verso un dato gas o classe di gas da rilevare, la superficie di nanotubi di carbonio viene funzionalizzata depositandovi sopra nanocluster di metalli nobili, principalmente Oro (Au), Platino (Pt), Palladio (Pd).

  • (2) substrato  di allumina (Al203)
  • (3) elettrodi
  • (4) strato  di catalizzatore
  • (5) strato  di film di nanotubi di carbonio (CNTs)
  • (6) stratodi nanocluster metallici

 

Titolo BrevettoRilevatore di gas miniaturizzato

Sensore Conduttometrico di Gas a Nanotubi di Carbonio

InventoriPenza Michele - Rossi Riccardo - Alvisi Marco - Cassano Gennaro - Rizzo Antonella - Giorgi Rossella - Signore Maria Assunta
Data Deposito15-02-2008
N° brevetto ENEA656
N Dom BrevBO2008A000100
Stato del brevettoDepositato
Paesi di vigenzaItalia
TitolareENEA
ContattiMichele Penza
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