Nanotråd-baserede sensorer tilbyder forbedret detektion af flygtige organiske forbindelser

(PhysOrg.com) - Et team af forskere fra National Institute of Standards and Technology (NIST), George Mason University og University of Maryland har lavet sensorer i nanostørrelse, der registrerer flygtige organiske forbindelser - skadelige forurenende stoffer frigivet fra maling, rengøringsmidler, pesticider og andre produkter - der giver flere fordele i forhold til nutidens kommercielle gassensorer, herunder lavt effekt rumtemperaturdrift og evnen til at detektere en eller flere forbindelser over en lang række koncentrationer.

Det nyligt offentliggjorte værk er bevis på konceptet for en gassensor fremstillet af en enkelt nanotråd og metaloxid -nanokluster valgt til at reagere på en bestemt organisk forbindelse. Dette arbejde er det seneste af flere bestræbelser på NIST, der drager fordel af de unikke egenskaber ved nanotråde og metaloxidelementer til registrering af farlige stoffer.

Moderne kommercielle gassensorer er lavet af tynde, ledende film af metaloxider. Når en flygtig organisk forbindelse som benzen interagerer med titaniumdioxid, for eksempel, en reaktion ændrer strømmen, der løber gennem filmen, udløser en alarm. Selvom tyndfilmssensorer er effektive, mange skal fungere ved temperaturer på 200 ° C (392 ° F) eller højere. Hyppig opvarmning kan nedbryde de materialer, der udgør filmene og kontakterne, forårsager pålidelighedsproblemer. Ud over, de fleste tyndfilmssensorer arbejder inden for et snævert område:man kan fange en lille mængde toluen i luften, men undlader at opsnuse en massiv frigivelse af gassen. Rækkevidden af ​​de nye nanotrådssensorer løber fra kun 50 dele pr. Milliard op til 1 del pr. 100, eller 1 procent af luften i et værelse.

Disse nye sensorer, bygget ved hjælp af de samme fremstillingsprocesser, der normalt bruges til siliciumcomputere, arbejde efter samme grundlæggende princip, men i meget mindre målestok:galliumnitridtrådene er mindre end 500 nanometer på tværs og mindre end 10 mikrometer i længden. På trods af deres mikroskopiske størrelse, de nanotråde og titaniumdioxid-nanoklynger, de er belagt med, har et højt overflade-til-volumen-forhold, der gør dem udsøgt følsomme.

"Den elektriske strøm, der strømmer gennem vores nanosensorer, er i mikroampere-området, mens traditionelle sensorer kræver milliampere, "forklarer NISTs Abhishek Motayed." Så vi fornemmer med meget mindre kraft og energi. Nanosensorerne tilbyder også større pålidelighed og mindre størrelse. De er så små, at du kan placere dem hvor som helst." Ultraviolet lys, frem for varme, fremmer titandioxid til at reagere i nærvær af en flygtig organisk forbindelse.

Yderligere, hver nanotråd er en fejlfri enkeltkrystal, snarere end konglomerationen af ​​krystalkorn i tyndfilmssensorer, så de er mindre tilbøjelige til at blive nedbrudt. I pålidelighedstest i løbet af det sidste år, sensorerne i nanostørrelse har ikke oplevet fejl. Mens teamets nuværende eksperimentelle sensorer er indstillet til at detektere benzen såvel som de lignende flygtige organiske forbindelser toluen, ethylbenzen og xylen, deres mål er at bygge en enhed, der indeholder en række nanotråde og forskellige metaloxid -nanokluster til analyse af blandinger af forbindelser. De planlægger at samarbejde med andre NIST-teams for at kombinere deres tilgang til ultraviolet lys med varmeinducerede nanowire sensing-teknologier.