De detectie van koolmonoxide (CO) in de lucht is van levensbelang, aangezien CO een giftig gas en een milieuverontreinigende stof is. CO komt meestal voort uit de onvolledige verbranding van op koolstof gebaseerde brandstoffen, zoals kookgas en benzine; het heeft geen geur, smaak, of kleur en daarom is het moeilijk te detecteren. Wetenschappers hebben sensoren onderzocht die de CO-concentratie kunnen bepalen, en een team van de Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), samen met de Universiteit van Toulouse, heeft een innovatieve methode gevonden om dergelijke sensoren te bouwen.

Als hulpmiddel voor CO-detectie, wetenschappers gebruiken extreem kleine draadjes:koperoxide nanodraden. Koperoxide nanodraden reageren chemisch met CO, het creëren van een elektrisch signaal dat kan worden gebruikt om de CO-concentratie te kwantificeren. Deze nanodraden zijn zo dun dat er meer dan 1.000 in de gemiddelde dikte van een mensenhaar passen.

Twee problemen hebben het gebruik van nanodraden belemmerd. "Het eerste probleem is de integratie van nanodraden in apparaten die groot genoeg zijn om te hanteren en die ook gemakkelijk in massa kunnen worden geproduceerd, " zei Prof Mukhles Sowwan, directeur van de Nanoparticles by Design Unit bij OIST. "Het tweede probleem is de mogelijkheid om het aantal en de positie van nanodraden in dergelijke apparaten te regelen." Beide problemen hadden kunnen worden opgelost door Dr. Stephan Steinhauer, postdoctoraal onderzoeker bij OIST, samen met Prof Sowwan, en onderzoekers van de Universiteit van Toulouse. Ze publiceerden onlangs hun onderzoek in het tijdschrift ACS Sensors.

"Om koperoxide nanodraden te maken, je moet aangrenzende koperen microstructuren verwarmen. Uitgaande van de microstructuren, de nanodraden groeien en overbruggen de kloof tussen de microstructuren, een elektrische verbinding tussen hen vormen, " Dr. Steinhauer legde uit. "We integreerden kopermicrostructuren op een micro-kookplaat, ontwikkeld door de Universiteit van Toulouse. Een micro-kookplaat is een dun membraan dat kan opwarmen tot enkele honderden graden Celsius, maar met een zeer laag stroomverbruik." Dankzij de micro-kookplaat, onderzoekers hebben een hoge mate van controle over de hoeveelheid en positie van de nanodraden. Ook, de micro-kookplaat voorziet wetenschappers van gegevens over het elektrische signaal dat door de nanodraden gaat.

Het eindresultaat is een uitzonderlijk gevoelig apparaat, in staat om zeer lage concentraties CO te detecteren. "Potentieel, geminiaturiseerde CO-sensoren die koperoxide-nanodraden integreren met micro-kookplaten zijn de eerste stap naar de volgende generatie gassensoren, " Prof Sowwan merkte op. "In tegenstelling tot andere technieken, onze aanpak is kosteneffectief en geschikt voor massaproductie."

Deze nieuwe methode kan wetenschappers ook helpen om de levensduur van de sensor beter te begrijpen. De prestaties van een sensor nemen in de loop van de tijd af, en dit is een groot probleem bij gasdetectie. Gegevens die met deze methode zijn verkregen, kunnen wetenschappers helpen de mechanismen achter een dergelijk fenomeen te begrijpen, hen te voorzien van informatie die begint aan het begin van de levensduur van de sensor. traditioneel, onderzoekers kweken eerst de nanodraden, sluit vervolgens de nanodraden aan op een apparaat, en tot slot beginnen met het meten van de CO-concentratie. "Onze methode maakt het mogelijk om de nanodraden in een gecontroleerde atmosfeer te laten groeien, waar u direct gasdetectiemetingen kunt uitvoeren, Dr. Steinhauer merkte op. je stopt met groeien en begint te meten, allemaal op dezelfde locatie."