Tidlig advarselssensor opsnuser skadelig gas i byer

En integreret detektorenhed kunne danne grundlag for et distribueret luftkvalitetssensornetværk.

Designet til en elektronisk sensor, der slår alarm, hvis giftige industri- og biludstødningsgasser overstiger sikre niveauer, kan føre til renere luft i mange byer. KAUST-forskere har udviklet en lille, lavpris enhed, der registrerer nitrogendioxid (NO ₂ ); det kunne implementeres i potentielle hotspots omkring byer, advare myndighederne, hvis niveauet af den skadelige gas begynder at stige.

Mest eksisterende NEJ ₂ detektorer er store, komplekse maskiner velegnet til laboratoriebrug, hvorimod den kompakte nye enhed er designet til at indgå i et distribueret netværk af luftkvalitetssensorer. "Vores sensor udviser meget høj følsomhed og selektivitet for NO ₂ , fungerer ved stuetemperatur og har et meget lavt strømforbrug, " siger Mani Vijjapu, en ph.d. studerende i Khaled Salamas laboratorium, der ledede forskningen.

Imidlertid, den største fordel i forhold til tidligere designs er, at gasdetektoren samler alle de nødvendige sensor- og signalbehandlingskomponenter i en enkel, fuldt integreret system, Vijjapu siger. På trods af sin enkelhed, enhedens udgangssignal varierer afhængigt af NO ₂ koncentration.

Gasdetektorens høje ydeevne, lavt strømforbrug og fuldt integreret design stammer alt sammen fra NO ₂ -Sansende tyndfilmstransistor i kernen af ​​enheden. Tidligere sensorer har brugt metaloxider, der er følsomme over for NO ₂ kun ved opvarmning eller kontinuerligt bestrålet med lys. Denne gang, holdet brugte en halvleder kaldet indium gallium zinkoxid (IGZO). "Som gassensor, den IGZO-baserede tyndfilmstransistor har mangefacetterede fordele, " siger Sandeep Surya, en postdoc i Salamas team.

IGZO tyndfilmstransistoren fungerer både som en elektronisk komponent i enheden og også som NO ₂ -følende lag. Det stærkt elektron-accepterende NO ₂ molekyle trækkes til elektronerne på transistorens overflade. Jo mere NEJ ₂ molekyler, der klæber til IGZO, jo flere elektroner udtømmes fra dens overflade, ændrer dens elektroniske udgang og udløser et NEJ ₂ detektionsalarm.

Efter en detektionsbegivenhed, sensoren nulstilles ved at genoplive IGZO-laget med lyset fra en integreret blå LED. Ligesom en solcelle, lyset genererer negativt ladede elektroner og positivt ladede huller i IGZO, som neutraliserer det adsorberede NO ₂ og frigiver det fra overfladen. "Dette er den første undersøgelse for at opnå sensing og genoplivning af en halvledende metaloxid-baseret tynd-film transistor sensor ved stuetemperatur, " siger Surya.

"Det næste skridt er at omsætte vores forskning til en prototype og måske endda et produkt ved at arbejde med industrien, "Salama siger. "Vi er også interesserede i at udforske andre materialer for at opdage andre farlige gasser i miljøet."