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Sensori nanometriche per il rilevamento composti organici volatili

Published on June 21, 2011 at 8:08 PM

Un team di ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) , George Mason University e l'Università del Maryland ha fatto di dimensioni nano sensori che rilevano i composti organici volatili - inquinanti nocivi rilasciata da vernici, detersivi, pesticidi e altri prodotti - che offrono diversi vantaggi rispetto sensori di gas commerciale di oggi, tra cui basso consumo a temperatura ambiente il funzionamento e la capacità di individuare uno o più composti in un ampio range di concentrazioni.

Il lavoro di recente pubblicazione è la prova di concetto per un sensore di gas costituito da un singolo nanofilo e nanocluster di ossido di metallo scelto di reagire a uno specifico composto organico. Questo lavoro è il più recente dei molti sforzi al NIST che sfruttano le proprietà uniche di nanofili di ossidi metallici ed elementi per la rilevazione di sostanze pericolose.

Microscopio a scansione elettronica dell'immagine, di un segmento di sensore di gas fabbricato di un nanofilo semiconduttori di nitruro di gallio. Il nanocavo inferiore a 500 nanometri è rivestita con nanocluster di biossido di titanio, che altera la corrente nel nanowire in presenza di un composto organico volatile e la luce ultravioletta. Credito: NIST

Moderni sensori di gas commerciali sono composti da sottili film conduttivi di ossidi metallici. Quando un composto organico volatile come il benzene interagisce con biossido di titanio, per esempio, una reazione altera la corrente che attraverso il film, innescando un allarme. Mentre i sensori a film sottile sono efficaci, molti devono operare a temperature di 200 ° C (392 ° F) o superiore. Riscaldamento frequenti possono degradare i materiali che compongono il film e contatti, causando problemi di affidabilità. Inoltre, la maggior parte a film sottile sensori di lavorare all'interno di un intervallo ristretto: si potrebbe prendere una piccola quantità di toluene nell'aria, ma non riescono a fiutare un rilascio massiccio di gas. La gamma dei sensori nanowire nuovo va da appena 50 parti per miliardi di euro fino a 1 parte per 100, o 1 per cento del cielo in una stanza.

Questi nuovi sensori, costruiti utilizzando la stessa processi di fabbricazione che vengono comunemente usate per i chip dei computer in silicio, funzionano con lo stesso principio di base, ma su scala molto più piccola: i fili di nitruro di gallio sono meno di 500 nanometri e meno di 10 micrometri di lunghezza . Nonostante le loro dimensioni microscopiche, i nanofili e nanocluster di biossido di titanio sono rivestiti con cui hanno un alto superficie-volume del rapporto che li rende estremamente sensibile.

"La corrente elettrica che circola nel nostro nanosensori è nel range microampere, mentre i sensori tradizionali richiedono milliampere", spiega il NIST Abhishek Motayed. "Quindi stiamo rilevamento con molta meno potenza ed energia. Il nanosensori offrono anche una maggiore affidabilità e dimensioni ridotte. Sono così piccoli da poterli mettere da nessuna parte". La luce ultravioletta, piuttosto che di calore, promuove il biossido di titanio di reagire in presenza di un composto organico volatile.

Inoltre, ogni nanocavo è un difetto senza cristallo singolo, piuttosto che il conglomerato di grani di cristallo in film sottile sensori, quindi sono meno soggette al degrado. Nei test di affidabilità nel corso dell'ultimo anno, il nano-sensori non hanno subito guasti. Mentre i sensori di corrente sperimentale della squadra sono sintonizzati per rilevare il benzene e il simile composti organici volatili toluene, etilbenzene e xilene, il loro obiettivo è quello di costruire un dispositivo che comprende una serie di nanofili e vari nanocluster di ossido di metallo per l'analisi di miscele di composti. Hanno in programma di collaborare con le altre squadre del NIST di unire il loro approccio con la luce ultravioletta indotti dal calore nanocavo tecnologie di rilevamento.

La parte di questo lavoro condotto alla George Mason University è stato finanziato dalla National Science Foundation.

Last Update: 6. October 2011 08:24

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