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Capteurs nanométriques pour la détection de composés organiques volatils

Published on June 21, 2011 at 8:08 PM

Une équipe de chercheurs de l' Institut National des Standards and Technology (NIST) , George Mason University et l'Université du Maryland a fait nano-capteurs qui détectent les composés organiques volatils - les polluants nocifs libérés par les peintures, les nettoyants, les pesticides et autres produits - qui offrent plusieurs avantages par rapport aux capteurs actuels de gaz commerciaux, y compris de faible puissance à température ambiante fonctionnement et la capacité à détecter un ou plusieurs composés sur une large gamme de concentrations.

Le travail publié récemment est la preuve de concept pour un capteur de gaz fait d'un nanofil unique et nanoclusters oxyde métallique choisi de réagir à un composé organique spécifique. Ce travail est le plus récent de plusieurs efforts au NIST qui tirent parti des propriétés uniques de nanofils d'oxyde de métal et des éléments pour la détection de substances dangereuses.

Microscope électronique à balayage d'un segment de capteur de gaz fabriquées d'un nanofil semi-conducteurs de nitrure de gallium. Les nanofils de moins de 500 nanomètres de diamètre est recouvert d'nanoclusters de dioxyde de titane, ce qui modifie le courant dans le nanofil, en présence d'un composé organique volatile et la lumière ultraviolette. Crédit: NIST

Moderne des capteurs de gaz commerciaux sont faits de minces films conducteurs d'oxydes métalliques. Quand un composé organique volatil comme le benzène interagit avec le dioxyde de titane, par exemple, une réaction modifie le courant traversant le film, déclenchant une alarme. Alors que les capteurs à couche mince sont efficaces, beaucoup doivent fonctionner à des températures de 200 ° C (392 ° F) ou plus. Chauffage fréquent peut dégrader les matériaux qui composent les films et les contacts, provoquant des problèmes de fiabilité. En outre, la plupart des capteurs à couche mince de travail dans une fourchette étroite: on peut attraper une petite quantité de toluène dans l'air, mais ne parviennent pas à flairer une libération massive de gaz. La gamme des capteurs de nanofils nouvelles pistes de seulement 50 parties par milliard à 1 partie pour 100, ou 1 pour cent de l'air dans une pièce.

Ces nouveaux capteurs, construit en utilisant les mêmes procédés de fabrication qui sont couramment utilisés pour les puces informatiques de silicium, de faire fonctionner sur le même principe de base, mais à une échelle beaucoup plus petite: les fils de nitrure de gallium sont inférieures à 500 nanomètres de diamètre et moins de 10 micromètres de longueur . Malgré leur taille microscopique, les nanofils et nanoclusters dioxyde de titane recouvert d'elles ont une grande surface à volume élevé qui les rend extrêmement sensibles.

"Le courant électrique circulant à travers nos nanocapteurs est dans la gamme microampères, tandis que les capteurs traditionnels nécessitent milliampères», explique le NIST Abhishek Motayed. "Donc, nous sommes de détection avec une puissance beaucoup moins et l'énergie. Nanocapteurs offrent également une plus grande fiabilité et petite taille. Ils sont si petits que vous pouvez les mettre n'importe où." La lumière ultraviolette, plutôt que de la chaleur, favorise le dioxyde de titane de réagir en présence d'un composé organique volatil.

En outre, chaque nanofil est un cristal sans défaut unique, plutôt que de l'agglomération de grains de cristal dans les capteurs à couche mince, ils sont donc moins sujettes à la dégradation. Dans les tests de fiabilité au cours de la dernière année, les capteurs de taille nanométrique n'ont pas connu des échecs. Alors que l'équipe actuelle de capteurs expérimentaux sont réglés pour détecter le benzène ainsi que les composés organiques volatils similaires toluène, l'éthylbenzène et le xylène, leur objectif est de construire un dispositif qui comprend un réseau de nanofils et de diverses nanoparticules d'oxyde de métal pour l'analyse des mélanges de composés. Ils ont l'intention de collaborer avec d'autres équipes du NIST à combiner leur approche la lumière ultraviolette avec la chaleur induite par les technologies de détection nanofil.

La partie de ce travail réalisé à l'Université George Mason a été financée par la National Science Foundation.

Last Update: 7. October 2011 03:47

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