Sort silicium kan hjælpe med at opdage sprængstoffer

Forskere fra Far Eastern Federal University (FEFU), Fjernøstlige gren af ​​det russiske videnskabsakademi, Swinburne University of Technology, og Melbourne Center for Nanofabrication udviklede en ultrafølsom detektor baseret på sort silicium. Enheden er i stand til at detektere spormængder af nitroaromatiske forbindelser og kan anvendes til at identificere størstedelen af ​​eksplosiver eller meget giftige forurenende stoffer til medicinske og retsmedicinske vurderinger. Den relaterede artikel blev offentliggjort i ACS sensorer .

Den nye sensor er baseret på det såkaldte "sort silicium", der er fremstillet ved højtydende reaktiv ætsning af kommercielt tilgængelige siliciumsubstrater. Sådan ætset silicium har en nanostruktureret spids overflade, der udviser unikke optiske egenskaber. Efter ætsning, overfladen er dækket af et monolag af carbazolmolekyler. Denne proces kaldes kemisk funktionalisering, da de vedhæftede molekyler giver substratet en vis vigtig funktion, nemlig evnen til at binde og koncentrere nitroaromatiske forbindelser på overfladen. Carbazol -monolaget gør enheden følsom over for så vidt udbredte nitroaromatiske stoffer som nitrobenzen, o-nitrotoluen, 2,4-dinitrotoluen, etc. Dog, sensoren reagerer ikke på tilstedeværelsen af ​​andre molekyler, såsom benzen, toluen, tetrachlormethan, methanol, ethanol, og så videre.

"Nitroaromatiske forbindelser kan findes i spildevandet fra malingsanlæg eller militæranlæg og er ekstremt farlige for miljøet. de er også dele af mange sprængstoffer. Deres påvisning i sporkoncentrationer repræsenterer en vigtig og kompleks praktisk opgave. Vores sensorplatform identificerer tilstedeværelsen af ​​nitroaromatiske forbindelser ved at registrere ændringerne i luminescensspektret for det funktionelle lag af carbazol, der selektivt reagerer på nitroaromatiske molekyler, " sagde Alexander Kuchmizhak, en forskningsmedarbejder ved VR og AR Center for Videnskab og Teknologi, FEFU.

Ifølge videnskabsmanden, nanostruktureret sort silicium, der bruges som grundlag for enheden, giver det høj følsomhed og et hidtil uset dynamisk måleområde. I laboratoriet er sensoren i stand til at give information om tilstedeværelsen af ​​giftige molekyler i væsker eller gasser inden for få minutter.

"Kombination af unikke morfologiske og optiske egenskaber af sort silicium, der kombineres med nemme at implementere metoder inden for overfladekemi, der bruges til at funktionalisere siliciumoverflade med carbazolmolekyler, gør det muligt at opnå en hidtil uset følsomhed. Vores sensor er i stand til at detektere nitroaromatiske forbindelser i koncentrationer ned til ppt (del pr. billion eller 10 ^-10 %). Ekstremt bredt dynamisk måleområde er forårsaget af den unikke spidse morfologi af sort silicium, der giver ujævn lokal koncentration af carbazolmolekyler, hvilket skaber overfladesteder med forskellig følsomhed, " forklarede Alexander Mironenko, designeren af ​​sensoren, og en seniorforsker ved Institute of Chemistry, FEB RAS.

Forskere erklærede, at fremstillingen af ​​den nye sensorplatform forventes at være ganske billig i forhold til de eksisterende analoger. I øvrigt, den samme sensor kan bruges flere gange. Det kan blive en del af gassensorsystemer, der sikrer offentlig og økologisk sikkerhed.

Deltagerne i arbejdet repræsenterede Far Eastern Federal University, Institut for Kemi og Institut for Automation og Ledelsesprocesser i Fjernøstens gren af ​​Det Russiske Videnskabsakademi, Swinburne University of Technology, og Melbourne Center for Nanofabrikation.