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Los sensores de tamaño nanométrico para la detección de compuestos orgánicos volátiles

Published on June 21, 2011 at 8:08 PM

Un equipo de investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) , George Mason University y la Universidad de Maryland ha hecho de tamaño nano-sensores que detectan compuestos orgánicos volátiles - contaminantes dañinos liberados de pinturas, limpiadores, pesticidas y otros productos - que ofrecen varias ventajas sobre los sensores de hoy en día de gas comercial, incluidos los de bajo consumo a temperatura ambiente de operación y la capacidad de detectar los compuestos de una o varias en un amplio rango de concentraciones.

El trabajo publicado recientemente es una prueba de concepto para un sensor de gas hechas de nanocables individuales y nanoclusters óxido de metal elegido para reaccionar con un compuesto orgánico específico. Este trabajo es el más reciente de varios esfuerzos en el NIST que se aprovechan de las propiedades únicas de nanocables de óxido de metal y elementos para la detección de sustancias peligrosas.

Exploración de la imagen de microscopio electrónico de un segmento de sensores de gas fabricados de un nanocables semiconductores de nitruro de galio. Los nanocables de menos de 500 nanómetros de diámetro está revestida con nanoclusters de dióxido de titanio, lo que altera la corriente en los nanocables en la presencia de un compuesto orgánico volátil y la luz ultravioleta. Crédito: NIST

Modernos sensores de gas comerciales están hechas de láminas delgadas, conductora de óxidos metálicos. Cuando un compuesto orgánico volátil, como el benceno interactúa con dióxido de titanio, por ejemplo, una reacción altera la corriente de funcionamiento a través de la película, lo que provocó una alarma. Mientras que los sensores de película delgada son eficaces, muchos deben operar a temperaturas de 200 ° C (392 ° F) o superior. Calefacción frecuentes pueden degradar los materiales que componen las películas y los contactos, causando problemas de fiabilidad. Además, la mayoría de los sensores de película delgada de trabajo dentro de un rango estrecho: uno puede tomar una pequeña cantidad de tolueno en el aire, pero no para rastrear una liberación masiva de gas. La gama de los sensores de nanocables nuevas carreras de sólo 50 partes por billón hasta 1 parte por 100, o 1 por ciento del aire en una habitación.

Estos nuevos sensores, construido con los procesos de fabricación mismos que se utilizan comúnmente para los chips de computadora de silicio, funcionan con el mismo principio básico, pero a una escala mucho más pequeña: los cables de nitruro de galio de menos de 500 nanómetros de ancho y menos de 10 micrómetros de longitud . A pesar de su tamaño microscópico, los nanocables y nanoclusters de dióxido de titanio que están recubiertas con una gran superficie a volumen de relación que los hace muy sensibles.

"La corriente eléctrica que fluye a través de nuestra nanosensores está en el rango de microamperios, mientras que los sensores tradicionales requieren miliamperios", explica Abhishek NIST Motayed. "Así que estamos de detección con una potencia mucho menor y la energía. Nanosensores también ofrecen una mayor fiabilidad y menor tamaño. Son tan pequeñas que se pueden poner en cualquier lugar." La luz ultravioleta, en lugar de calor, promueve el dióxido de titanio para reaccionar ante la presencia de un compuesto orgánico volátil.

Además, cada uno de nanocables es un solo cristal sin defectos, en lugar de la aglomeración de los granos de cristal en los sensores de película delgada, así que son menos propensos a la degradación. En las pruebas de fiabilidad en el último año, los sensores de tamaño nano-no han experimentado fracasos. Mientras que el equipo de sensores experimentales actuales están sintonizados para detectar benceno, así como los compuestos orgánicos volátiles similares tolueno, etilbenceno y xileno, que su objetivo es construir un dispositivo que incluye un conjunto de nanocables y varios nanoclusters óxido de metal de análisis de mezclas de compuestos. Ellos tienen previsto colaborar con otros equipos de NIST para combinar su enfoque con la luz ultravioleta inducida por el calor de nanocables tecnologías de detección.

La parte de este trabajo realizado en la Universidad George Mason fue financiado por la National Science Foundation.

Last Update: 6. October 2011 08:24

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