Nieuwe toxische gassensor verbetert de detectielimiet

(Nanowerk Nieuws) Het Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) heeft een sensor voor giftige gassen ontwikkeld met de hoogste gevoeligheid ter wereld. Deze sensor kan stikstofdioxide (NO2), een giftig gas in de atmosfeer, bij kamertemperatuur met een laag energieverbruik en ultrahoge gevoeligheid. Het kan op diverse gebieden worden toegepast, zoals de detectie van restgassen tijdens het productieproces van halfgeleiders en onderzoek naar elektrolysekatalysatoren. De bevindingen zijn gepubliceerd in Kleine structuren (“MOCVD van hiërarchische C-MoS2 Nanobranches voor ppt-niveau NO2 detectie”). Getijdenproces voor het creëren van 3D MoS2 nano-takken. De structurele transformatie van MoS2 in een 3D-boomtakvorm kan gedurende de synthesetijd worden waargenomen. (Afbeelding: Korea Research Institute of Standards and Science) NR2, geproduceerd door de verbranding van fossiele brandstoffen bij hoge temperaturen en voornamelijk uitgestoten via uitlaatgassen van auto's of fabrieksrook, draagt ​​bij aan een toename van de sterfte als gevolg van luchtvervuiling. In Zuid-Korea is de jaarlijkse gemiddelde concentratie van NO2 in de lucht wordt bij presidentieel decreet geregeld op 30 ppb (parts per miljard) of lager. Er zijn daarom zeer gevoelige sensoren nodig om gassen bij extreem lage concentraties nauwkeurig te detecteren. De laatste tijd is het gebruik van giftige gassen, die mogelijk dodelijk zijn voor mensen, toegenomen als gevolg van de ontwikkeling van hightechindustrieën, waaronder de productie van halfgeleiders. Hoewel sommige laboratoria en fabrieken voor de veiligheid halfgeleidersensoren hebben gebruikt, ligt de uitdaging in hun lage reactiegevoeligheid, waardoor ze niet in staat zijn giftige gassen te detecteren die zelfs voor de menselijke neus waarneembaar zijn. Om de gevoeligheid te vergroten verbruiken ze uiteindelijk veel energie omdat ze bij hoge temperaturen moeten werken. De nieuw ontwikkelde sensor, een sensor voor giftige gassen van het halfgeleidertype van de volgende generatie, gebaseerd op geavanceerde materialen, vertoont aanzienlijk verbeterde prestaties en bruikbaarheid vergeleken met conventionele sensoren. Dankzij zijn uitstekende gevoeligheid voor chemische reacties kan de nieuwe sensor NO detecteren2 veel gevoeliger dan eerder gerapporteerde halfgeleidersensoren, een gevoeligheid die 60 keer hoger is. Bovendien verbruikt de nieuwe sensor bij kamertemperatuur minimaal stroom, en maakt het optimale halfgeleiderproductieproces synthese over grote oppervlakken bij lage temperaturen mogelijk, waardoor de fabricagekosten worden verlaagd. De sleutel tot de technologie ligt in de MoS2 nanobranchemateriaal ontwikkeld door KRISS. In tegenstelling tot de conventionele 2D-platte structuur van MoS2wordt dit materiaal gesynthetiseerd in een 3D-structuur die lijkt op boomtakken, waardoor de gevoeligheid wordt vergroot. Naast de kracht van uniforme materiaalsynthese op een groot oppervlak, kan het een 3D-structuur creëren door de koolstofverhouding in de grondstof aan te passen zonder aanvullende processen. Het KRISS Semiconductor Integrated Metrology Team heeft experimenteel aangetoond dat hun gassensor NO kan detecteren2 in de atmosfeer bij concentraties zo laag als 5 ppb. De berekende detectielimiet van de sensor is 1.58 ppt (parts per biljoen), wat het hoogste gevoeligheidsniveau ter wereld betekent. Deze prestatie maakt nauwkeurige monitoring van NO mogelijk2 in de atmosfeer met een laag stroomverbruik. De sensor bespaart niet alleen tijd en kosten, maar biedt ook een uitstekende resolutie. Er wordt verwacht dat het zal bijdragen aan onderzoek naar het verbeteren van de atmosferische omstandigheden door het detecteren van de jaargemiddelde concentraties NO2 en het monitoren van realtime veranderingen. Prestatie-evaluatieresultaten van de ultragevoelige gassensor ontwikkeld door KRISS. (a), (b): Meetresultaten van NO2 met verschillende concentraties laten een uitstekende meetresolutie zien. (c): Er werden consistente meetresultaten waargenomen bij de meting van NO2 met dezelfde concentratie werd herhaald, wat duidt op een hoge reproduceerbaarheid en meetbetrouwbaarheid. (d): De sensor vertoonde een uitstekend vermogen om selectief NO te detecteren2 tussen verschillende interferentiegassen. (Afbeelding: Korea Research Institute of Standards and Science) Een ander kenmerk van deze technologie is het vermogen om het koolstofgehalte in de grondstof aan te passen tijdens de materiaalsynthesefase, waardoor de elektrochemische eigenschappen veranderen. Dit kan worden gebruikt om sensoren te ontwikkelen die andere gassen dan NO kunnen detecteren2, zoals restgassen die worden geproduceerd tijdens de productieprocessen van halfgeleiders. De uitstekende chemische reactiviteit van het materiaal kan ook worden benut om de prestaties van elektrolysekatalysatoren voor de productie van waterstof te verbeteren. Dr. Jihun Mun, een senior onderzoeker van het KRISS Semiconductor Integrated Metrology Team, zei: “Deze technologie, die de beperkingen van conventionele gassensoren overwint, zal niet alleen voldoen aan de overheidsvoorschriften, maar ook nauwkeurige monitoring van de binnenlandse atmosferische omstandigheden vergemakkelijken. We zullen vervolgonderzoek voortzetten, zodat deze technologie kan worden toegepast bij de ontwikkeling van verschillende toxische gassensoren en katalysatoren, die verder gaan dan de monitoring van NO2 in de atmosfeer.”

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64326.php