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揮発性有機化合物を検出するためのナノサイズセンサ

Published on June 21, 2011 at 8:08 PM

から研究者のチーム国立標準技術研究所(NIST)塗料、洗浄剤、殺虫剤および他の製品から放出される有害汚染物質- - 、ジョージメイソン大学とメリーランド大学は、揮発性有機化合物を検出するナノサイズのセンサーを行ったこと低消費電力の室温動作と濃度の広い範囲にわたってつまたは複数の化合物を検出する機能など、今日の商業的ガスセンサーに比べていくつかの利点を提供しています。

最近発表された作品は、単一のナノワイヤーと特定の有機化合物に反応するように選択される金属酸化物ナノクラスターからなるガスセンサーのためのコンセプトの証明です。この作業は、危険な物質を感知するためのナノワイヤーと金属酸化物の要素のユニークな特性を活用するNISTのいくつかの努力の最新のです。

窒化ガリウムの半導体ナノワイヤーの作製ガスセンサーの種類別セグメントの電子顕微鏡写真をスキャン。間未満500ナノメートルのナノワイヤーは、揮発性有機化合物及び紫外線の存在下でナノワイヤーに電流を変化させる二酸化チタンのナノクラスターでコーティングされています。クレジット:NIST

近代的な商業ガスセンサーは、金属酸化物の薄い、導電性フィルムで作られています。ベンゼンのような揮発性有機化合物が二酸化チタンとやり取りする場合、例えば、反応はアラームをトリガーする、膜を介して現在の実行を変更します。薄膜センサは有効であるが、多くは200 ° C(392 ° F)以上。の温度で動作する必要があります頻繁な加熱は、信頼性の問題を引き起こして、映画や連絡先を構成する材料を劣化させることができる。さらに、ほとんどの薄膜センサは、狭い範囲内で動作します:一つは、空気中のトルエンの少量をキャッチ、しかしガスの大量放出を嗅ぎ分けに失敗することがあります。新しいナノワイヤーセンサーの範囲は、億当たりわずか50部から100あたり最大1部、または室内の空気の1%を実行します。

窒化ガリウムワイヤー未満500ナノメートルで、長さ未満10マイクロメートルです:一般的にシリコンのコンピュータチップのため、同じ基本的な原理を使用して動作しますが、はるかに小さい規模で使用されているものと同じ製造プロセスを使用して構築されたこれらの新しいセンサー、 。その顕微鏡的大きさにもかかわらず、ナノワイヤーと二酸化チタンのナノクラスター彼らはそれらを絶妙に敏感になる持っている高い表面積対体積比でコーティングしている。

"従来のセンサーは、ミリアンペアの電流を必要としながら私たちのナノセンサーに流れる電流は、マイクロアンペアの範囲内にある、"NISTのアビMotayedは説明しています。 "だから我々ははるかに少ない消費電力とエネルギーを感知している。ナノセンサーはまた、より高い信頼性と小型化を提供する。彼らはあなたがどこでもそれらを置くことができるように小さい方。"紫外線は、むしろ熱よりも、揮発性有機化合物の存在下で反応する二酸化チタンを促進する。

さらに、各ナノワイヤーは、欠陥のない単結晶ではなく、薄膜センサーの結晶粒の集合体ですので、劣化になりやすいです。昨年以上の信頼性試験では、ナノサイズのセンサーが障害を経験していない。チームの現在の実験的なセンサーはベンゼンだけでなく、同​​じような揮発性有機化合物、トルエン、エチルベンゼンおよびキシレンを検出するためにチューニングされているが、彼らの目標は、ナノワイヤーと化合物の混合物を分析するための様々な金属酸化物ナノクラスターの配列を含むデバイスを構築することです。彼らは、熱によるナノセンシング技術とその紫外光のアプローチを組み合わせて、他のNISTのチームと協力する予定です。

ジョージメイソン大学で行われたこの作業の一部は、全米科学財団によって資金を供給された。

Last Update: 4. October 2011 21:53

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