(PhysOrg.com) -- Een team van onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST), George Mason University en de University of Maryland hebben sensoren van nanoformaat gemaakt die vluchtige organische stoffen detecteren -- schadelijke verontreinigende stoffen die vrijkomen uit verf, schoonmakers, pesticiden en andere producten -- die verschillende voordelen bieden ten opzichte van de huidige commerciële gassensoren, inclusief werking bij kamertemperatuur met laag vermogen en de mogelijkheid om een ​​of meerdere verbindingen over een breed concentratiebereik te detecteren.

Het onlangs gepubliceerde werk is een proof-of-concept voor een gassensor gemaakt van een enkele nanodraad en metaaloxide-nanoclusters die zijn gekozen om te reageren op een specifieke organische verbinding. Dit werk is de meest recente van verschillende inspanningen bij NIST die profiteren van de unieke eigenschappen van nanodraden en metaaloxide-elementen voor het detecteren van gevaarlijke stoffen.

Moderne commerciële gassensoren zijn gemaakt van dun, geleidende films van metaaloxiden. Wanneer een vluchtige organische verbinding zoals benzeen een interactie aangaat met titaniumdioxide, bijvoorbeeld, een reactie verandert de stroom die door de film loopt, het activeren van een alarm. Hoewel dunnefilmsensoren effectief zijn, velen moeten werken bij temperaturen van 200 ° C (392 ° F) of hoger. Frequente verhitting kan de materialen die de films en contacten vormen aantasten, betrouwbaarheidsproblemen veroorzaken. In aanvulling, de meeste dunnefilmsensoren werken binnen een smal bereik:men kan een kleine hoeveelheid tolueen in de lucht opvangen, maar er niet in slagen om een ​​massale vrijlating van het gas op te snuiven. Het bereik van de nieuwe nanodraadsensoren loopt van slechts 50 delen per miljard tot 1 deel per 100, of 1 procent van de lucht in een kamer.

Deze nieuwe sensoren, gebouwd met behulp van dezelfde fabricageprocessen die gewoonlijk worden gebruikt voor siliciumcomputerchips, werken volgens hetzelfde basisprincipe, maar op een veel kleinere schaal:de galliumnitridedraden zijn minder dan 500 nanometer breed en minder dan 10 micrometer lang. Ondanks hun microscopisch kleine formaat, de nanodraden en titaniumdioxide-nanoclusters waarmee ze zijn gecoat, hebben een hoge oppervlakte-tot-volumeverhouding waardoor ze buitengewoon gevoelig zijn.

"De elektrische stroom die door onze nanosensoren stroomt, ligt in het microampèrebereik, terwijl traditionele sensoren milliampère nodig hebben, ", legt Abhishek Motayed van NIST uit. "Dus we voelen met veel minder kracht en energie. De nanosensoren bieden ook een grotere betrouwbaarheid en kleinere afmetingen. Ze zijn zo klein dat je ze overal kunt neerzetten." Ultraviolet licht, in plaats van warmte, bevordert de reactie van titaandioxide in aanwezigheid van een vluchtige organische verbinding.

Verder, elke nanodraad is een defectvrij eenkristal, in plaats van de opeenhoping van kristalkorrels in dunnefilmsensoren, zodat ze minder vatbaar zijn voor degradatie. In betrouwbaarheidstests van het afgelopen jaar, de sensoren van nanoformaat hebben geen storingen ondervonden. Terwijl de huidige experimentele sensoren van het team zijn afgestemd om benzeen te detecteren, evenals de vergelijkbare vluchtige organische verbindingen tolueen, ethylbenzeen en xyleen, hun doel is om een ​​apparaat te bouwen dat een reeks nanodraden en verschillende metaaloxidenanoclusters omvat voor het analyseren van mengsels van verbindingen. Ze zijn van plan samen te werken met andere NIST-teams om hun benadering van ultraviolet licht te combineren met warmtegeïnduceerde nanodraaddetectietechnologieën.