Posted in | Nanosensors

Nanosized Sensorer for å oppdage flyktige organiske forbindelser

Published on June 21, 2011 at 8:08 PM

Et team av forskere fra National Institute of Standards and Technology (NIST) , George Mason University og University of Maryland har gjort nanostørrelse sensorer som registrerer flyktige organiske forbindelser - skadelige miljøgifter frigjøres fra maling, rengjøringsmidler, plantevernmidler og andre produkter - som tilbyr flere fordeler fremfor dagens kommersielle gass-sensorer, inkludert lavt strømforbruk romtemperatur drift og evnen til å oppdage en eller flere forbindelser over et bredt spekter av konsentrasjoner.

Den nylig publiserte arbeidet er proof of concept for en gass-sensor laget av en enkelt nanowire og metall oksid nanoclusters valgt å reagere på en bestemt organisk forbindelse. Dette arbeidet er den nyeste av flere tiltak ved NIST som utnytter de unike egenskapene til nanotråder og metall oksid elementer for sensing farlige stoffer.

Scanning elektronmikroskop bilde av en gass-sensor segment fabrikkert av et halvledende nanowire av gallium nitride. Den nanowire på mindre enn 500 nanometer over er belagt med nanoclusters av titandioksid, som endrer strømmen i nanowire i nærvær av en flyktig organisk forbindelse og ultrafiolett lys. Credit: NIST

Moderne kommersielle gass-sensorer er laget av tynne, ledende filmer av metalloksider. Når en flyktig organisk forbindelse som benzen samhandler med titandioksid, for eksempel endrer en reaksjon strømmen går gjennom filmen, utløser en alarm. Mens tynn-film sensorer er effektive, må mange operere ved temperaturer på 200 ° C (392 ° F) eller høyere. Hyppige oppvarming kan degradere materialer som utgjør filmene og kontakter, forårsaker pålitelighet problemer. I tillegg har de fleste tynn-film-sensorer arbeider innenfor et smalt område: man kan fange en liten mengde toluen i luften, men mislykkes i å snuse opp en massiv utslipp av gassen. Utvalget av de nye nanowire sensorene går fra bare 50 deler per milliard opp til 1 del per 100, eller 1 prosent av luften i et rom.

Disse nye sensorer, bygget med samme fabrikasjon prosesser som ofte brukes for silisium databrikker, fungerer ved at de samme grunnleggende prinsipp, men på en mye mindre skala: den gallium nitride ledninger er mindre enn 500 nanometer over, og mindre enn 10 mikrometer i lengde . Til tross for sin mikroskopiske størrelse, nanotråder og titandioksid nanoclusters de er belagt med har en høy bakke-til-volum ratio som gjør dem utsøkt sensitive.

"Den elektriske straumen gjennom våre nanosensorer er i Mikroampere serien, mens tradisjonelle sensorer krever milliampere," forklarer NIST er Abhishek Motayed. "Så vi føler med mye mindre strøm og energi. Nanosensorer også gir større pålitelighet og mindre størrelse. De er så små at du kan sette dem hvor som helst." Ultrafiolett lys, snarere enn varme, fremmer titandioksid til å reagere i nærvær av en flyktig organisk forbindelse.

Videre er hver nanowire et feilfritt én krystall, snarere enn konglomerat av krystall korn i tynn-film sensorer, slik at de er mindre utsatt for nedbrytning. I pålitelighet tester det siste året har nanostørrelse sensorer ikke opplevd feil. Mens lagets nåværende eksperimentelle sensorer er innstilt å oppdage benzen samt lignende flyktige organiske forbindelsene toluen, etylbenzen og xylen, er deres mål å bygge opp en enhet som inneholder en rekke nanotråder og ulike metall oksid nanoclusters for å analysere blandinger av forbindelser. De planlegger å samarbeide med andre NIST lagene å kombinere sine ultrafiolett lys tilnærming med varme-indusert nanowire sensorteknologier.

Den delen av dette arbeidet utført ved George Mason University ble finansiert av National Science Foundation.

Last Update: 20. October 2011 20:51

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