Site Sponsors
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
Posted in | Nanosensors

Nanosized αισθητήρες για την ανίχνευση των πτητικών οργανικών ενώσεων

Published on June 21, 2011 at 8:08 PM

Μια ομάδα ερευνητών από το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) , George Mason University και το Πανεπιστήμιο του Maryland έχει κάνει νανο-μεγέθους αισθητήρες που εντοπίζουν τις πτητικές οργανικές ενώσεις - επιβλαβών ρύπων που εκλύονται από τα χρώματα, καθαριστικά, φυτοφαρμάκων και άλλων προϊόντων - που προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα έναντι των εμπορικών αισθητήρες αερίου σήμερα, συμπεριλαμβανομένων των χαμηλής ισχύος λειτουργία σε θερμοκρασία δωματίου και τη δυνατότητα να ανιχνεύει ένα ή περισσότερα συστατικά σε ένα ευρύ φάσμα των συγκεντρώσεων.

Η πρόσφατα δημοσιευμένη εργασία αποτελεί απόδειξη της έννοιας για ένα αισθητήρα αερίου που κατασκευάζονται από ένα και μόνο nanowire και nanoclusters οξείδιο του μετάλλου επιλέξει να αντιδράσει σε μια συγκεκριμένη οργανική ένωση. Αυτή η εργασία είναι η πιο πρόσφατη από πολλές προσπάθειες σε NIST που εκμεταλλεύονται τις μοναδικές ιδιότητες της νανοσύρματα και στοιχεία οξείδιο του μετάλλου για να ανιχνεύουν επικίνδυνες ουσίες.

Με ηλεκτρονική σάρωση εικόνας μικροσκόπιο ενός τμήματος αισθητήρα αερίου κατασκευασμένα ενός ημιαγωγού nanowire της νιτρίδιο του γαλλίου. Η nanowire κάτω των 500 νανομέτρων είναι επικαλυμμένο με nanoclusters του διοξειδίου του τιτανίου, η οποία μεταβάλλει το ρεύμα στο nanowire με την παρουσία ενός εκπομπών πτητικών οργανικών ενώσεων και υπεριώδη ακτινοβολία. Πίστωση: NIST

Τα σύγχρονα εμπορικά αισθητήρες αερίου από λεπτές, αγώγιμες ταινίες οξειδίων μετάλλων. Όταν μια εκπομπών πτητικών οργανικών ουσιών όπως το βενζόλιο αλληλεπιδρά με το διοξείδιο του τιτανίου, για παράδειγμα, μια αντίδραση μεταβάλλει την τρέχουσα λειτουργία μέσα από την ταινία, να έχουμε συναγερμό. Ενώ thin-film αισθητήρες είναι αποτελεσματικές, πολλά πρέπει να λειτουργούν σε θερμοκρασίες 200 ° C (392 ° F) ή υψηλότερη. Η συχνή θέρμανση μπορεί να υποβαθμίσει τα υλικά που συνθέτουν τις ταινίες και τις επαφές, προκαλώντας προβλήματα αξιοπιστίας. Επιπλέον, τα περισσότερα thin-film αισθητήρες εργασία μέσα σε ένα στενό εύρος τιμών: θα μπορούσε κανείς να πιάσει ένα μικρό ποσό του τολουολίου στον αέρα, αλλά αδυνατούν να μυρίσουν μια μαζική απελευθέρωση του αερίου. Το εύρος των νέων αισθητήρων nanowire εκτείνεται από μόλις 50 μέρη ανά δισεκατομμύριο μέχρι το 1 μέρος ανά 100 ή 1 τοις εκατό του αέρα σε ένα δωμάτιο.

Αυτοί οι νέοι αισθητήρες, που χτίστηκε με τις ίδιες διαδικασίες κατασκευής που χρησιμοποιούνται συνήθως για το πυρίτιο τσιπ υπολογιστών, λειτουργούν με την ίδια βασική αρχή, αλλά σε πολύ μικρότερη κλίμακα: το νιτρίδιο του γαλλίου καλώδια είναι λιγότερο από 500 νανομέτρων και κάτω των 10 μικρομέτρων με μήκος . Παρά το μικροσκοπικό τους μέγεθος, τα νανοσύρματα και nanoclusters διοξειδίου του τιτανίου, που είναι επικαλυμμένα με έχουν υψηλή επιφάνεια προς όγκο λόγος που τους κάνει εξαιρετικά ευαίσθητα.

«Το ηλεκτρικό ρεύμα που διέρχεται από νανοαισθητήρες μας είναι στην περιοχή μικροαμπέρ, ενώ οι παραδοσιακές αισθητήρες απαιτούν milliamps», εξηγεί ο Abhishek του NIST Motayed. "Έτσι είμαστε ανίχνευσης με πολύ λιγότερη δύναμη και την ενέργεια. Η νανοαισθητήρες επίσης να προσφέρει μεγαλύτερη αξιοπιστία και το μικρότερο μέγεθος. Είναι τόσο μικρή που μπορείτε να τους βάλετε οπουδήποτε." Το υπεριώδες φως, και όχι τη θερμότητα, προωθεί το διοξείδιο του τιτανίου για να αντιδράσουν στην παρουσία πτητικών οργανικών ενώσεων.

Επιπλέον, κάθε nanowire είναι ένα ελάττωμα χωρίς ενιαίο κρύσταλλο, παρά την συσσώρευση των κρυστάλλων κόκκων σε thin-film αισθητήρες, έτσι είναι λιγότερο επιρρεπείς σε υποβάθμιση. Στις δοκιμές αξιοπιστίας κατά το τελευταίο έτος, η νανο-μεγέθους αισθητήρες δεν έχουν βιώσει αποτυχίες. Ενώ οι τρέχουσες πειραματικές της ομάδας αισθητήρες συντονισμένοι για να ανιχνεύσει το βενζόλιο καθώς και τα παρόμοια πτητικών οργανικών ενώσεων, τολουόλιο, αιθυλοβενζόλιο και ξυλόλιο, στόχος τους είναι να δημιουργήσουν μια συσκευή που περιλαμβάνει μια σειρά από νανοσύρματα και διάφορα nanoclusters οξείδιο του μετάλλου για την ανάλυση των μειγμάτων των ενώσεων. Σχεδιάζουν να συνεργαστεί με άλλες ομάδες NIST να συνδυάσει υπεριώδες φως προσέγγιση τους με τη θερμότητα που προκαλείται από nanowire τεχνολογίες ανίχνευσης.

Το τμήμα του έργου αυτού πραγματοποιήθηκε στο Πανεπιστήμιο George Mason χρηματοδοτήθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών.

Last Update: 6. October 2011 08:24

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit