水务公司有一个金发姑娘的问题：如果他们没有添加足够的氯，那些引起伤寒和霍乱的令人讨厌的细菌在净化过程中存活下来。过多的氯会产生消毒副产物，如氯仿，这会增加癌症风险。对于安全的饮用水，氯的含量必须“恰到好处”。
环境保护局规定我们的饮用水中允许使用多少消毒副产品，包括那些称为三卤甲烷的消毒副产品。但是，如果水务公司想要监测和控制他们自己的三卤甲烷水平，他们必须发送样品并等待数周的EPA合格实验室进行分析。
桑迪亚实验室与Parker Hannifin合作，将一种有趣的碳形式的基础研究与独特的微传感器结合起来，制成一种易于使用的桌面工具，可以快速，低成本地检测出每种三卤甲烷极低的含量：氯仿，溴仿，溴二氯甲烷和二溴氯甲烷。
公用事业公司不再需要将样品送到EPA认可的实验室，雇用他们自己训练有素的化学家进行EPA测试，或购买昂贵的质谱仪系统来定期监测其三卤甲烷水平并确保为公众提供更清洁的饮用水，Sandia说材料科学家Mike Siegal。
最近，Parker Hannifin发布了水分析仪的自动在线版本，用于连续监测三卤甲烷。
冷却和可控碳涂层
该项目的最初目标是建立一个手持式化学实验室，如三重奏，以检测空气中的危险化学品，包括化学武器。这个芯片实验室的主要组成部分是表面声波传感器。该SAW传感器通过沿石英片振动波来工作，分析化学家Curtis Mowry说。通过测量SAW设备上波的变化情况，研究人员可以判断出有多少化学物质粘附在石英表面上。
在某种程度上，它类似于玩游乐场降落伞。那些拿着降落伞的人可以通过降落伞摇动它们时的方式来判断一堆球或一个孩子之间的区别。然而，石英表面不是很粘，这限制了它的灵敏度。这是一种特殊的碳涂层。
天然碳可以表现为外来钻石，由多层石墨烯片组成的普通石墨，以及许多其他形式。纳米多孔碳由石墨烯片的堆叠纳米片组成，具有许多化学物质可以留下的角落和缝隙。与碳纳米管或具有相似分子“粘性”表面的石墨烯不同，纳米多孔碳可以生长在几乎任何东西上，包括SAW器件，Siegal说。
这种称为脉冲激光沉积的生长过程涉及在室温下用激光切割石墨。释放的碳原子飞过真空室，以均匀和可重复的方式涂覆SAW传感器。通过向真空室添加一点惰性气体，Siegal可以控制和改变纳米多孔碳涂层的密度和总表面积，从非常蓬松到固体，如纯石墨。
对于SAW传感器，具有中等密度的纳米多孔碳是最佳的。只有3克这样的纳米多孔碳具有与足球场一样多的表面积，但其刚性足以用于SAW传感器。
为了扩展降落伞的比喻，纳米多孔碳就像魔术贴，捕捉每一个接触降落伞的球。Siegal说：“我们第一次使用碳涂层，结果比桑迪亚或其他任何人研究吸附挥发性化学物质的任何有机涂层好一千倍。”
Mowry补充道，“获胜的组合是与Siegal及其纳米多孔碳涂层合作，并使用更大，几乎复古的SAW设备。” 对于SAW设备 – 以及大多数电子设备 – 更小更好更新。当时，桑迪亚最新和最小的SAW使用更高频率的振动和更先进的微电子技术。然而，它们也更昂贵，更难制造且不太可靠。使用更大的设备，大致是Tic Tac的尺寸，这是90年代最先进的设备，很容易应用纳米多孔碳涂层 – 这比增加尺寸的灵敏度提高了一千倍 – – 并大大降低了设备的成本。
从基础科学到商业产品的公共利益之旅
该旅程始于2002年，建立在多年的化学传感器研究和开发基础之上。Mowry正在尝试开发一种传感器来检测水中挥发性有机污染物，例如工业泄漏或泄漏的化学物质。他在水质会议上的演讲引起了Parker Hannifin工程师的注意，并在2006年引发了合作。
从有希望的研究到商业产品，经过几年的时间跨越“死亡之谷”，但到2011年，派克汉尼汾发布了第一台三卤甲烷水分析仪。第二个在线版本的分析仪可以每小时自动监测单个三卤甲烷水平。Parker Hannifin在北美安装的三卤甲烷分析仪比其他任何公司都多。
该分析仪于2012年获得R&D100奖提名。
纳米多孔碳涂层SAW传感器的其他潜在用途包括检测自制炸药，空气和水中的污染物以及几乎任何挥发性或半挥发性有机化合物，Mowry说。
此外，Siegal和其他人正在探索使用纳米多孔碳作为电池阳极。Siegal和桑迪亚实验室的同事Graham Yelton展示了迈向可行的镁离子电池的第一步，这些电池的能量密度比锂离子电池更高。更高能量密度的电池可能会导致电动汽车可以使用更长，更持久的手机电池，甚至是具有更长任务的卫星。桑迪亚研究员Katie Harrison和Siegal通过向锂离子电池阳极添加硅来继续这项工作，这可能使其储能密度增加三倍。
Siegal，Mowry及其团队的初步和后续工作由Sandia的实验室指导研究和开发计划资助。
“参与这个项目的每个人在谈论这个项目时都会微笑，”Siegal说。“我们不仅看到了我们对这种碳材料的基础研究以及SAW设备如何工作的物理特性，而且我们帮助开发了一种改善公共健康的成功产品。”
