Forskere udvikler batteriløs kemisk detektor

(PhysOrg.com) -- I modsætning til mange konventionelle kemiske detektorer, der kræver en ekstern strømkilde, Lawrence Livermore forskere har udviklet en nanosensor, der er afhængig af halvleder nanotråde, frem for traditionelle batterier.

Enheden overvinder strømbehovet fra traditionelle sensorer og er enkel, meget følsom og kan hurtigt opdage forskellige molekyler. Dens udvikling kan være det første skridt i at lave en let deployerbar kemisk sensor til slagmarken.

Laboratoriets Yinmin "Morris" Wang og kollegerne Daniel Aberg, Paul Erhart, Nipun Misra, Aleksandr Noy og Alex Hamza, sammen med samarbejdspartnere fra University of Shanghai for Science and Technology, har fremstillet den første generation batteriløse detektorer, der bruger endimensionelle halvleder nanotråde.

Nanosensorerne drager fordel af en unik interaktion mellem kemiske arter og halvleder nanotrådsoverflader, der stimulerer en elektrisk ladning mellem de to ender af nanotråde eller mellem de udsatte og ueksponerede nanotråde.

Gruppen testede de batteriløse sensorer med forskellige typer platforme - zinkoxid og silicium - ved at bruge ethanolopløsningsmiddel som testmiddel.

I zinkoxidsensoren fandt holdet, at der var en ændring i den elektriske spænding mellem de to ender af nanotråde, når en lille mængde ethanol blev placeret på detektoren.

"Stigningen af ​​det elektriske signal er næsten øjeblikkelig og henfalder langsomt, når ethanolen fordamper, " sagde Wang.

Imidlertid, når holdet placerede en lille mængde af et hexanopløsningsmiddel på enheden, lille elektrisk spænding blev set, "som indikerer, at nanosensoren selektivt reagerer på forskellige typer opløsningsmiddelmolekyler, " sagde Wang.

Holdet brugte mere end 15 forskellige typer organiske opløsningsmidler og så forskellige spændinger for hvert opløsningsmiddel. "Denne egenskab gør det muligt for vores nanosensorer at detektere forskellige typer kemiske arter og deres koncentrationsniveauer, " sagde Wang.

Responsen på forskellige opløsningsmidler var noget ens, da holdet testede siliciumnanosensorerne. Imidlertid, spændingsfaldet, da opløsningsmidlet fordampede, var drastisk forskelligt fra zinkoxid-sensorerne. "Resultaterne indikerer, at det er muligt at udvide den batteriløse sensorplatform til tilfældigt justerede halvleder nanotrådsystemer, " sagde Wang.

Holdets næste skridt er at teste sensorerne med mere komplekse molekyler, såsom dem fra eksplosiver og biologiske systemer.
Forskningen vises på indersiden af ​​forsiden af ​​4. januar-udgaven af Avancerede materialer.