Vervuilende stoffen die worden uitgestoten door fabrieken en uitlaatgassen van auto's zijn van invloed op mensen die deze schadelijke gassen inademen en verergeren ook de klimaatverandering in de atmosfeer. Het kunnen detecteren van dergelijke emissies is een dringend noodzakelijke maatregel.

Nieuw onderzoek door de Nanoparticles by Design Unit van de Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), heeft in samenwerking met het Materials Centre Leoben Austria en het Oostenrijkse Centre for Electron Microscopy and Nanoanalyse een efficiënte manier ontwikkeld om methoden te verbeteren voor het detecteren van vervuilende emissies met behulp van een sensor op nanoschaal. De krant is gepubliceerd in Nanotechnologie .

De onderzoekers gebruikten een koperoxide nanodraad versierd met palladium nanodeeltjes om koolmonoxide te detecteren, een veel voorkomende industriële verontreinigende stof. De sensor is getest in omstandigheden die vergelijkbaar zijn met omgevingslucht, aangezien toekomstige apparaten die op basis van deze methode zijn ontwikkeld, in deze omstandigheden moeten werken.

Koperoxide is een halfgeleider en wetenschappers gebruiken nanodraden die daaruit zijn gefabriceerd om te zoeken naar mogelijke toepassingen in de micro-elektronica-industrie. Maar in gasdetectietoepassingen, koperoxide werd veel minder uitgebreid onderzocht in vergelijking met andere metaaloxidematerialen.

Een halfgeleider kan worden gemaakt om dramatische veranderingen in zijn elektrische eigenschappen te ervaren wanneer een kleine hoeveelheid vreemde atomen bij hoge temperaturen aan het oppervlak wordt bevestigd. In dit geval, de koperoxide nanodraad werd onderdeel van een elektrisch circuit. De onderzoekers ontdekten indirect koolmonoxide, door de verandering in de elektrische weerstand van het resulterende circuit te meten in aanwezigheid van het gas. Ze ontdekten dat koperoxide-nanodraden versierd met palladium-nanodeeltjes een significant grotere toename van de elektrische weerstand vertonen in de aanwezigheid van koolmonoxide dan hetzelfde type nanodraden zonder de nanodeeltjes.

De OIST Nanoparticles by Design Unit gebruikte een geavanceerde techniek waarmee ze nanodeeltjes eerst konden zeven op grootte, vervolgens leveren en deponeren de palladium nanodeeltjes op het oppervlak van de nanodraden in een gelijkmatig verdeelde manier. Deze gelijkmatige spreiding van op grootte geselecteerde nanodeeltjes en de resulterende interacties tussen nanodeeltjes en nanodraad zijn cruciaal om een ​​verbeterde elektrische respons te krijgen. Het OIST-nanodeeltjesdepositiesysteem kan worden aangepast om meerdere soorten nanodeeltjes tegelijkertijd af te zetten, gescheiden op verschillende delen van de wafer waar de nanodraad zit. Met andere woorden, dit systeem kan zo worden ontworpen dat het meerdere soorten gassen kan detecteren. De volgende stap is om verschillende gassen tegelijkertijd te detecteren door meerdere sensorapparaten te gebruiken, waarbij elk apparaat een ander type nanodeeltje gebruikt.

Vergeleken met andere opties die worden onderzocht in gasdetectie, die omvangrijk en moeilijk te miniaturiseren zijn, nanodraadgassensoren zullen goedkoper zijn en mogelijk gemakkelijker in massa te produceren.

De belangrijkste energiekosten bij het gebruik van dit soort sensoren zijn de hoge temperaturen die nodig zijn om de chemische reacties te vergemakkelijken en een bepaalde elektrische respons te verzekeren. In dit onderzoek werd 350 graden Celsius gebruikt. Echter, verschillende nanodraad-nanodeeltjes materiaalconfiguraties worden momenteel onderzocht om de bedrijfstemperatuur van dit systeem te verlagen.

"Ik denk dat nanodraden versierd met nanodeeltjes een enorm potentieel hebben voor praktische toepassingen, omdat het mogelijk is om dit soort technologie in industriële apparaten op te nemen, " zei Stephan Steinhauer, een postdoctoraal onderzoeker van de Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) die werkt onder toezicht van Prof. Mukhles Sowwan bij de OIST Nanoparticles by Design Unit.