Posted in | Nanosensors

Nanogrootte Sensoren voor het detecteren van Vluchtige Organische Stoffen

Published on June 21, 2011 at 8:08 PM

Een team van onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) , George Mason University en de Universiteit van Maryland heeft gemaakt nano-sized sensoren die vluchtige organische stoffen te detecteren - schadelijke stoffen vrijkomen van verven, schoonmaakmiddelen, pesticiden en andere producten - die bieden verschillende voordelen ten opzichte van de huidige commerciële gas sensoren, waaronder low-power kamertemperatuur bediening en de mogelijkheid om een ​​of meerdere verbindingen te detecteren over een breed scala aan concentraties.

De onlangs gepubliceerde werk is proof of concept voor een gas sensor gemaakt van een enkele nanodraad en metaaloxide nanoclusters ervoor gekozen te reageren op een bepaalde organische verbinding. Dit werk is de meest recente van een aantal inspanningen op het NIST die gebruik maken van de unieke eigenschappen van nanodraden en metaaloxide-elementen voor het meten van gevaarlijke stoffen.

Scanning electronen microscoop beeld van een gas sensor segment gemaakt van een halfgeleidende nanodraad van gallium nitride. De nanodraad van minder dan 500 nanometer is bedekt met nanoclusters van titanium dioxide, die de huidige wijzigt in de nanodraad in de aanwezigheid van een vluchtige organische stof-en ultraviolet licht. Credit: NIST

Moderne commerciële gassensoren zijn gemaakt van dunne, geleidende films van metaaloxiden. Wanneer een vluchtige organische stof zoals benzeen interageert met titaandioxide, bijvoorbeeld, een reactie verandert de stroom door de film, een alarm. Terwijl de dunne-film-sensoren zijn effectief zijn, moeten veel werken bij temperaturen van 200 ° C (392 ° F) of hoger. Frequent verwarming kan degraderen de materialen die deel uitmaken van de films en de contacten, waardoor de betrouwbaarheid problemen. Bovendien zijn de meeste dunne-film-sensoren werken binnen een nauwe marge: men zou een kleine hoeveelheid tolueen in de lucht te vangen, maar niet ruiken een grote release van het gas. Het bereik van de nieuwe nanodraad sensoren loopt van slechts 50 deeltjes per miljard tot 1 deel per 100, of 1 procent van de lucht in een ruimte.

Deze nieuwe sensoren, gebouwd met behulp van dezelfde fabricage processen die vaak worden gebruikt voor silicium computerchips, maken gebruik van hetzelfde principe, maar op veel kleinere schaal: de gallium nitride draden zijn minder dan 500 nanometer en kleiner dan 10 micrometer in lengte . Ondanks hun microscopische grootte, de nanodraden en titaandioxide nanoclusters zijn ze bedekt met een hoge oppervlakte-volume verhouding die maakt ze uiterst gevoelig.

"De elektrische stroom die door onze nanosensoren is in het microampère bereik, terwijl de traditionele sensoren nodig milliampère," legt NIST's Abhishek Motayed. "Dus we zijn sensing met een veel minder kracht en energie. Nanosensoren ook een grotere betrouwbaarheid en een kleiner formaat aan te bieden. Ze zijn zo klein dat je ze overal zetten." Ultraviolet licht, in plaats van warmte, bevordert de titaandioxide om te reageren in de aanwezigheid van een vluchtige organische verbinding.

Verder, elke nanodraad is een defect-vrij single crystal, in plaats van de conglomeraat van kristal korrels in dunne-film sensoren, zodat ze minder gevoelig zijn voor degradatie. In betrouwbaarheidstests het afgelopen jaar hebben de nano-sized sensors niet ervaren mislukkingen. Terwijl het team de huidige experimentele sensoren zijn afgestemd op benzeen, alsmede de soortgelijke vluchtige organische stoffen tolueen, ethylbenzeen en xyleen te sporen, hun doel is het bouwen van een apparaat dat een array van nanodraden en diverse metaaloxide nanoclusters voor het analyseren van mengsels van verbindingen omvat. Ze zijn van plan om samen te werken met andere NIST teams om hun ultraviolet licht benadering te combineren met warmte-geïnduceerde nanodraad sensing technieken.

Het gedeelte van dit werk verricht aan de George Mason University werd gefinancierd door de National Science Foundation.

Last Update: 7. October 2011 03:47

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