Den næste generation af kulilte nanosensorer

Detektion af kulilte (CO) i luften er et vigtigt spørgsmål, da CO er en giftig gas og et miljøforurenende stof. CO stammer typisk fra den ufuldstændige forbrænding af kulstofbaserede brændstoffer, såsom madlavningsgas og benzin; det lugter ikke, smag, eller farve og derfor er det svært at opdage. Forskere har undersøgt sensorer, der kan bestemme CO-koncentrationen, og et hold fra Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), sammen med universitetet i Toulouse, har fundet en innovativ metode til at bygge sådanne sensorer.

Som et værktøj til CO-detektion, forskere bruger ekstremt små ledninger:kobberoxid nanotråde. Kobberoxid nanotråde reagerer kemisk med CO, skabe et elektrisk signal, der kan bruges til at kvantificere CO-koncentrationen. Disse nanotråde er så tynde, at det er muligt at passe mere end 1.000 af dem i den gennemsnitlige tykkelse af et menneskehår.

To problemer har hæmmet brugen af ​​nanotråde. "Det første problem er integrationen af ​​nanotråde i enheder, der er store nok til at blive håndteret, og som også nemt kan masseproduceres, " sagde prof Mukhles Sowwan, direktør for Nanopartikler af Design Unit hos OIST. "Det andet problem er evnen til at kontrollere antallet og positionen af ​​nanotråde i sådanne enheder." Begge disse vanskeligheder kunne være blevet løst af Dr. Stephan Steinhauer, postdoc ved OIST, sammen med prof Sowan, og forskere fra universitetet i Toulouse. De har for nylig offentliggjort deres forskning i tidsskriftet ACS Sensors.

"For at skabe kobberoxid nanotråde, du skal opvarme tilstødende kobbermikrostrukturer. Med udgangspunkt i mikrostrukturerne, nanotrådene vokser og bygger bro mellem mikrostrukturerne, danner en elektrisk forbindelse mellem dem, " Dr. Steinhauer forklarede. "Vi integrerede kobbermikrostrukturer på en mikrokogeplade, udviklet af University of Toulouse. En mikrokogeplade er en tynd membran, der kan varme op til flere hundrede grader Celsius, men med meget lavt strømforbrug." Takket være mikrokogepladen, forskere har en høj grad af kontrol over mængden og positionen af ​​nanotrådene. Også, mikrokogepladen giver forskerne data om det elektriske signal, der går gennem nanotrådene.

Det endelige resultat er en usædvanlig følsom enhed, i stand til at detektere meget lave koncentrationer af CO. "Potentielt, miniaturiserede CO-sensorer, der integrerer kobberoxid-nanotråde med mikrokogeplader, er det første skridt mod den næste generation af gassensorer, " Prof. Sowwan kommenterede. "I modsætning til andre teknikker, vores tilgang er omkostningseffektiv og velegnet til masseproduktion."

Denne nye metode kan også hjælpe forskere med bedre at forstå sensorens levetid. En sensors ydeevne reducerer overarbejde, og dette er et stort problem inden for gassensing. Data opnået med denne metode kan hjælpe videnskabsmænd med at forstå mekanismerne bag et sådant fænomen, give dem information, der starter helt i begyndelsen af ​​sensorens levetid. Traditionelt, forskere dyrker først nanotrådene, tilslut derefter nanotrådene til en enhed, og til sidst begynde at måle CO-koncentrationen. "Vores metode gør det muligt at dyrke nanotrådene i en kontrolleret atmosfære, hvor du straks kan udføre gasfølende målinger, Dr. Steinhauer bemærkede. du holder op med at vokse og begynder at måle, alle på samme sted."