I sensori di gas di ossigeno sono veloci e sensibili

ossigeno (O (₂) è un gas essenziale non solo per noi e per la maggior parte delle altre forme di vita, ma anche per molti processi industriali, biomedicina e applicazioni di monitoraggio ambientale. Data l’importanza di O₂ E altri gas, molti ricercatori si sono concentrati sullo sviluppo e sul miglioramento delle tecnologie di rilevamento dei gas. Ai limiti di questo campo all’avanguardia si trovano i moderni nanosensori di gas, dispositivi tipicamente costituiti da un materiale sensibile e due elettrodi conduttivi separati da uno spazio piccolo dell’ordine di un nanometro (nanometro), o migliaia di milionesimi di metro. Quando determinate molecole di gas entrano in questo spazio, interagiscono elettronicamente con lo strato di rilevamento e gli elettrodi, modificando proprietà elettriche misurabili come la resistenza tra gli elettrodi. Questo, a sua volta, consente di misurare indirettamente la concentrazione di un particolare gas.

Sebbene i nanosensori di gas mostrino molte proprietà più attraenti rispetto ai piccoli sensori di gas strettamente correlati, è stato dimostrato che è più difficile produrre massa in modo affidabile per distanze del vuoto dell’ordine di decine di nanometri. Nel Laboratorio Materiali e Strutture del Tokyo Tech, un team di scienziati guidato dal Dr. Yutaka Majima sta cercando modi per produrre nanosensori migliori. Nel loro ultimo studio, pubblicato su Sensors & Actuators: B. Chemical, il team presenta una nuova strategia per la produzione di sensori di gas ossigeno su scala nanometrica utilizzando elettrodi di platino/titanio (Pt/Ti) e ossido di cerio (CeO).₂) strato sensore.

Due progetti di sensori sono stati testati dal professor Majima e dal suo team. Nel design del contatto inferiore, il CEO è₂ Lo strato di rilevamento viene prima depositato su un substrato di silicio e due elettrodi Pt/Ti vengono posizionati sopra CeO₂ Attraverso Litografia a fascio di elettroni (EBL). Con EBL, si disegnano forme personalizzate su un film resistivo utilizzando un fascio di elettroni focalizzato con precisione millimetrica. Ciò consente quindi l’attacco selettivo o l’evaporazione delle regioni Pt/Ti, dando forma ai nanoelettrodi. Anche l’altro design (top contact) è stato prodotto con EBL, ma il CEO₂ È stato applicato sugli elettrodi Pt/Ti come un sottile strato di rivestimento.

Con questa strategia di fabbricazione, il team è stato in grado di produrre in modo affidabile nanocapsule stabili di dimensioni fino a 20 nm, il che non ha precedenti in letteratura. Entrambi i design dei sensori hanno mostrato prestazioni simili e molto promettenti, osserva il dott. Majima: “Per una separazione del gap di 35 nm, abbiamo un nano-thread O.₂ I sensori di gas hanno mostrato un tempo di risposta rapido di 10 s a una temperatura di esercizio relativamente bassa di 573 K (300 °C); Questo tempo di risposta Circa tre volte in volume più corto dei sensori microgap nelle stesse condizioni di misurazione. Inoltre, le loro procedure forniscono una migliore scalabilità rispetto a quelle dei sensori di gas su nanoscala sviluppati in precedenza.

Oltre ai progetti di sensori, questo studio ha fornito importanti informazioni sui meccanismi di mobilità elettronica mediante i quali O₂ Le molecole modulano la resistenza tra gli elettrodi di Pt in presenza di CeO₂ in nanogap. Nel loro insieme, i risultati di questo studio aprono la strada al miglioramento dei sensori di gas, come ha concluso il Dr. Majima: “I nostri sensori di gas nanogap potrebbero essere un candidato promettente per lo sviluppo di una piattaforma generale di rilevamento del gas con una temperatura operativa più bassa”. nanogap di gas sensori Dovrebbe sicuramente trovare la sua strada in più aree di applicazione, inclusi dispositivi biomedici indossabili, monitoraggio delle condizioni industriali e rilevamento ambientale.