Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
Posted in | Nanosensors

Nanostorlek sensorer för detektion av flyktiga organiska föreningar

Published on June 21, 2011 at 8:08 PM

Ett team av forskare från National Institute of Standards and Technology (NIST) , George Mason University och University of Maryland har gjort nanostora sensorer som känner av flyktiga organiska föreningar - skadliga föroreningar frigörs från färg, rengöringsmedel, bekämpningsmedel och andra produkter - som erbjuder flera fördelar jämfört med dagens kommersiella gas sensorer, inklusive låg effekt rumstemperatur drift och förmågan att upptäcka en eller flera föreningar under ett brett spektrum av koncentrationer.

Den nyligen publicerade arbeten är ett bevis på konceptet för en gas sensor gjord av en enda nanowire och metall nanokluster oxid valt att reagera på en viss organisk förening. Detta arbete är den senaste av flera insatser på NIST som utnyttjar de unika egenskaperna hos nanotrådar och metalldelar oxid för avkänning farliga ämnen.

Scanna bilden elektronmikroskop av en gas sensor segment tillverkade av ett halvledande nanotrådar av galliumnitrid. Den nanowire på mindre än 500 nanometer i diameter är belagd med nanokluster av titandioxid, vilket förändrar strömmen i nanotrådar i närvaro av en flyktiga organiska föreningar och ultraviolett ljus. Credit: NIST

Moderna kommersiella gassensorer är gjorda av tunna, ledande filmer av metalloxider. När en flyktiga organiska ämnen som bensen interagerar med titandioxid, till exempel ändrar en reaktion nuvarande löper genom filmen, utlöser ett larm. Medan tunnfilms-sensorer är effektiva, måste många arbeta vid temperaturer på 200 ° C (392 ° F) eller högre. Täta uppvärmning kan försämra material som utgör filmerna och kontakter, vilket orsakar tillförlitlighet problem. Dessutom har de flesta tunnfilms-sensorer arbetar inom ett snävt intervall: man skulle kunna fånga en liten mängd av toluen i luften, men misslyckas med att vädra ut ett massivt utsläpp av gasen. Utbudet av nya nanotrådar sensorerna går från bara 50 ppb upp till 1 del av 100, eller 1 procent av luften i ett rum.

Dessa nya sensorer, byggda med samma tillverkningsprocesser som vanligen används för kisel datachips, använder samma grundläggande princip, men i mycket mindre skala: galliumnitrid ledningar är mindre än 500 nanometer i diameter och mindre än 10 mikrometer i längd . Trots sin mikroskopiska storlek, nanotrådar och titan nanokluster koldioxid de är belagda med har en hög surface-to-volymförhållandet som gör dem extremt känsligt.

"Den elektriska ström som passerar genom våra nanosensorer är i mikroampere sortiment, medan traditionella sensorer kräver milliampere", säger NIST: s Abhishek Motayed. "Så vi känner av med mycket mindre ström och energi. Nanosensorer även erbjuda större tillförlitlighet och mindre storlek. De är så liten att du kan lägga dem var som helst." Ultraviolett ljus, snarare än värme, främjar titandioxid reagera i närvaro av en flyktiga organiska föreningar.

Vidare är varje nanowire en felfri enda kristall, snarare än gytter av kristall korn i tunnfilms-sensorer, så de är mindre benägna att nedbrytning. I tillförlitlighet tester under det senaste året har nanostora sensorer inte upplevt misslyckanden. Även lagets nuvarande experimentella sensorer är inställda för att upptäcka bensen samt liknande flyktiga organiska föreningar toluen, etylbensen och xylen, är deras mål att bygga en apparat som innehåller en mängd nanotrådar och olika metaller nanokluster oxid för analys av blandningar av föreningar. De planerar att samarbeta med andra NIST team för att kombinera sina ultraviolett ljus metod med värme-inducerad nanowire sensorteknik.

Den del av detta arbete bedrivs vid George Mason University har finansierats av National Science Foundation.

Last Update: 6. October 2011 08:23

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