Is uw omgeving veilig? Gemodificeerde graafsensoren kunnen realtime antwoorden bieden

Onderzoekers van de Japanse Universiteit van Chiba behandelden grafeen met plasma van zuurstof, waterstof of argon om de detectie van ammoniak (NH₃) te onderzoeken. In gecontroleerde laboratoriumproeven reageerde geoxideerd grafeen het sterkst. Het onderzoek gaat over de eigenschappen van een sensormateriaal en toont nog geen draagbaar veiligheidstoestel dat alle schadelijke gassen kan meten.

Hoe werken gassensoren?

Voor gasdetectie bestaan onder meer halfgeleider-, infrarood- en elektrochemische sensoren. De geschikte techniek hangt af van het gas, de omgeving, de gewenste gevoeligheid en de ijking. Bij een grafeensensor kunnen gasmoleculen zich aan het oppervlak hechten en de elektrische weerstand veranderen. Die verandering vormt een meetbaar signaal.

Drie plasmabehandelingen vergeleken

In de studie in ACS Applied Materials & Interfaces behandelde het team grafeen met O₂-, H₂- of Ar-plasma en vergeleek het materiaal met onbehandeld grafeen. Zuurstof veroorzaakte oxidatie en defecten van het vacaturtype. Waterstof leidde vooral tot sp³-bindingen; na argonbehandeling waren beide soorten veranderingen aanwezig.

Afbeelding van ammoniak

Wat lieten de metingen zien?

Geoxideerd grafeen gaf de grootste reactie op NH₃. Bij een ammoniakdruk van 3,2 kPa veranderde de weerstand met ongeveer 30% na vijf seconden zuurstofbehandeling en met 27% na twintig seconden. De verandering was ongeveer 20–22% voor met argon behandeld grafeen en 15–17% voor gehydrogeneerd grafeen. Deze cijfers gelden voor de specifieke proefopstelling; zij zijn geen gegarandeerde detectiegrenzen op de werkvloer.

Een langere behandeling leverde niet simpelweg een hogere gevoeligheid op: zij veranderde ook de manier waarop ammoniak zich hecht en hoe vaak de sensor bruikbaar is. Het herstel van de beginweerstand hing af van temperatuur en het verwijderen van gas of verwarming. De invloed van vocht en andere gassen moet nog worden getest.

Mogelijke toepassingen

Een toekomstige ammoniaksensor zou kunnen helpen bij industriële of milieumetingen. De onderzoekers testten echter geen volledig draagbaar instrument, medisch apparaat of voedselbewakingssysteem. Voor andere gassen is apart bewijs nodig. Productiekosten en een datum voor commerciële levering zijn niet vastgesteld.

Onderzoekers en onderneming

De auteurs Sogo Iwakami, Shunya Yakushiji en Tomonori Ohba werken aan de Universiteit van Chiba. Honeywell is een afzonderlijke onderneming in de sensorsector en wordt niet als deelnemer aan deze studie genoemd. De uitkomst zegt niets rechtstreeks over haar omzet of aandelenkoers.

Honeywell

Recent nieuws over Honeywell

Conclusie

Plasmabehandeling verbeterde de ammoniakrespons van grafeen; oxidatie werkte in deze proef het best. Een betrouwbaar toestel voor gebruik buiten het laboratorium vraagt meer onderzoek.

Studie:

Iwakami, S., Yakushiji, S. & Ohba, T. (2025). Graphene Functionalization by O₂, H₂, and Ar Plasma Treatments for Improved NH₃ Gas Sensing. ACS Applied Materials & Interfaces 17, 1992–1999. doi:10.1021/acsami.4c17257.