Il nuovo sensore di gas tossici migliora il limite di rilevamento

(Notizie Nanowerk) Il Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) ha sviluppato un sensore di gas tossici con la sensibilità più alta al mondo. Questo sensore può monitorare con precisione il biossido di azoto (NO2), un gas tossico nell'atmosfera, a temperatura ambiente con un basso consumo energetico e una sensibilità ultraelevata. Può essere applicato a diversi campi, come il rilevamento di gas residui durante il processo di produzione di semiconduttori e la ricerca sui catalizzatori di elettrolisi. I risultati sono stati pubblicati in Piccole Strutture (“MOCVD del C-MoS gerarchico2 Nanobranchi per il livello ppt NO2 Rilevamento”). Processo di marea per la creazione di MoS 3D2 nano-rami. La trasformazione strutturale della MoS2 in una forma 3D di ramo di un albero può essere osservato durante il tempo di sintesi. (Immagine: Korea Research Institute of Standards and Science) NO2, prodotto dalla combustione ad alta temperatura di combustibili fossili ed emesso principalmente attraverso gli scarichi delle automobili o i fumi delle fabbriche, contribuisce ad aumentare la mortalità dovuta all'inquinamento atmosferico. In Corea del Sud, la concentrazione media annuale di NO2 nell'aria è regolato a 30 ppb (parti per miliardo) o inferiore tramite decreto presidenziale. Pertanto, per rilevare con precisione i gas a concentrazioni estremamente basse sono necessari sensori altamente sensibili. Negli ultimi tempi, l’uso di gas tossici potenzialmente mortali per l’uomo è aumentato a causa dello sviluppo delle industrie ad alta tecnologia, compresa la produzione di semiconduttori. Sebbene alcuni laboratori e fabbriche abbiano adottato sensori a semiconduttore per motivi di sicurezza, la sfida risiede nella loro bassa sensibilità di risposta, che li rende incapaci di rilevare gas tossici che potrebbero essere percepibili anche dal naso umano. Per aumentare la sensibilità, alla fine consumano molta energia perché devono funzionare a temperature elevate. Il sensore di nuova concezione, un sensore di gas tossici di tipo semiconduttore di prossima generazione basato su materiali avanzati, presenta prestazioni e usabilità significativamente migliorate rispetto ai sensori convenzionali. Grazie alla sua eccezionale sensibilità alle reazioni chimiche, il nuovo sensore è in grado di rilevare NO2 molto più sensibile rispetto ai sensori a semiconduttore precedentemente riportati, una sensibilità che è 60 volte superiore. Inoltre, il nuovo sensore consuma una potenza minima quando funziona a temperatura ambiente, e il suo processo di produzione ottimale dei semiconduttori consente la sintesi su vasta area a basse temperature, riducendo così i costi di fabbricazione. La chiave della tecnologia risiede nella MoS2 materiale nanobranch sviluppato da KRISS. A differenza della struttura piatta 2D convenzionale di MoS2, questo materiale è sintetizzato in una struttura 3D che ricorda i rami degli alberi, migliorando così la sensibilità. Oltre alla sua forza di sintesi materiale uniforme su una vasta area, può creare una struttura 3D regolando il rapporto di carbonio nella materia prima senza processi aggiuntivi. Il team di metrologia integrata di KRISS Semiconductor ha dimostrato sperimentalmente che il loro sensore di gas è in grado di rilevare NO2 nell'atmosfera a concentrazioni fino a 5 ppb. Il limite di rilevamento calcolato del sensore è di 1.58 ppt (parti per trilione), che rappresenta il livello di sensibilità più alto al mondo. Questo risultato consente un monitoraggio preciso di NO2 nell'atmosfera con un basso consumo energetico. Il sensore non solo consente di risparmiare tempo e costi, ma offre anche un'eccellente risoluzione. Si prevede che contribuirà alla ricerca sul miglioramento delle condizioni atmosferiche rilevando le concentrazioni medie annuali di NO2 e monitorare i cambiamenti in tempo reale. Risultati della valutazione delle prestazioni del sensore di gas ultrasensibile sviluppato da KRISS. (a), (b): risultati della misurazione di NO2 con concentrazioni diverse dimostrano un'eccellente risoluzione di misurazione. (c): sono stati osservati risultati di misurazione coerenti quando la misurazione di NO2 con la stessa concentrazione è stato ripetuto, il che indica un'elevata riproducibilità e affidabilità della misurazione. (d): il sensore ha mostrato un'eccellente capacità di rilevare selettivamente NO2 tra diversi gas interferenti. (Immagine: Korea Research Institute of Standards and Science) Un'altra caratteristica di questa tecnologia è la sua capacità di regolare il contenuto di carbonio nella materia prima durante la fase di sintesi del materiale, alterando così le proprietà elettrochimiche. Questo può essere utilizzato per sviluppare sensori in grado di rilevare gas diversi dall'NO2, come i gas residui prodotti durante i processi di fabbricazione dei semiconduttori. L'eccellente reattività chimica del materiale può essere sfruttata anche per migliorare le prestazioni dei catalizzatori di elettrolisi per la produzione di idrogeno. Il dottor Jihun Mun, ricercatore senior del KRISS Semiconductor Integrated Metrology Team, ha dichiarato: “Questa tecnologia, che supera i limiti dei sensori di gas convenzionali, non solo rispetterà le normative governative ma faciliterà anche il monitoraggio preciso delle condizioni atmosferiche domestiche. Continueremo la ricerca di follow-up in modo che questa tecnologia possa essere applicata allo sviluppo di vari sensori e catalizzatori di gas tossici, andando oltre il monitoraggio di NO2 nell'atmosfera."

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• Fonte: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64326.php