Ny giftig gasssensor forbedrer deteksjonsgrensen

Ny giftig gasssensor forbedrer deteksjonsgrensen

Tidsstempel: 28. desember 2023 6:43
Kilde node: 3039390
Desember 29, 2023

(Nanowerk Nyheter) Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) utviklet en giftig gasssensor med verdens høyeste følsomhet. Denne sensoren kan nøyaktig overvåke nitrogendioksid (NO2), en giftig gass i atmosfæren, ved romtemperatur med lavt strømforbruk og ultrahøy følsomhet. Den kan brukes på forskjellige felt, for eksempel påvisning av gjenværende gasser under halvlederproduksjonsprosessen og forskning på elektrolysekatalysatorer. Funnene er publisert i Små strukturer ("MOCVD av hierarkisk C-MoS2 Nanogrener for ppt-nivå NO2 Gjenkjenning"). Tidevannsprosess for å lage 3D MoS2 nano-grener Tidevannsprosess for å lage 3D MoS2 nano-grener. Den strukturelle transformasjonen av MoS2 inn i en 3D tregrenform kan observeres over syntesetiden. (Bilde: Korea Research Institute of Standards and Science) NEI2, produsert ved høytemperaturforbrenning av fossilt brensel og først og fremst slippes ut gjennom bileksos eller fabrikkrøyk, bidrar til en økning i dødelighet på grunn av luftforurensning. I Sør-Korea er den årlige gjennomsnittlige konsentrasjonen av NO2 i luften er regulert til å være 30 ppb (deler per milliard) eller lavere ved presidentdekret. Svært følsomme sensorer kreves derfor for nøyaktig å detektere gasser ved ekstremt lave konsentrasjoner. I nyere tid har bruken av giftige gasser som potensielt er dødelige for mennesker vært økende på grunn av utviklingen av høyteknologiske industrier, inkludert halvlederproduksjon. Mens noen laboratorier og fabrikker har tatt i bruk halvledersensorer for sikkerhet, ligger utfordringen i deres lave responsfølsomhet, noe som gjør dem ute av stand til å oppdage giftige gasser som til og med kan være merkbare for menneskenes nese. For å øke følsomheten bruker de mye energi til slutt fordi de må operere ved høye temperaturer. Den nyutviklede sensoren, en neste generasjons giftig gasssensor av halvledertype basert på avanserte materialer, viser betydelig forbedret ytelse og brukervennlighet sammenlignet med konvensjonelle sensorer. Med sin enestående følsomhet for kjemiske reaksjoner kan den nye sensoren oppdage NO2 mye mer følsomt enn tidligere rapporterte sensorer av halvledertype, en følsomhet som er 60 ganger høyere. Dessuten bruker den nye sensoren minimalt med strøm ved romtemperatur, og dens optimale produksjonsprosess for halvledere muliggjør syntese av store arealer ved lave temperaturer, og reduserer dermed produksjonskostnadene. Nøkkelen til teknologien ligger i MoS2 nanobranch-materiale utviklet av KRISS. I motsetning til den konvensjonelle 2D flate strukturen til MoS2, er dette materialet syntetisert i en 3D-struktur som ligner tregrener, og øker dermed følsomheten. Foruten styrken til jevn materialsyntese på et stort område, kan den skape en 3D-struktur ved å justere karbonforholdet i råmaterialet uten ytterligere prosesser. KRISS Semiconductor Integrated Metrology Team har eksperimentelt demonstrert at deres gasssensor kan oppdage NO2 i atmosfæren ved konsentrasjoner så lave som 5 ppb. Den beregnede deteksjonsgrensen for sensoren er 1.58 ppt (deler per trillion), som markerer verdens høyeste følsomhetsnivå. Denne prestasjonen muliggjør nøyaktig overvåking av NO2 i atmosfæren med lavt strømforbruk. Sensoren sparer ikke bare tid og kostnader, men tilbyr også utmerket oppløsning. Det forventes å bidra til forskning på forbedring av atmosfæriske forhold ved å påvise årlige gjennomsnittskonsentrasjoner av NO2 og overvåking av sanntidsendringer. Ytelsesevalueringsresultater av ultrasensitiv gasssensor Resultatevaluering av ytelsen til den ultrasensitive gasssensoren utviklet av KRISS. (a), (b): Måleresultater av NO2 med forskjellige konsentrasjoner viser utmerket måleoppløsning. (c): Konsistente måleresultater ble observert ved måling av NO2 med samme konsentrasjon ble gjentatt, noe som indikerer høy reproduserbarhet og målepålitelighet. (d): Sensoren viste utmerket evne til selektivt å detektere NO2 blant flere interferensgasser. (Bilde: Korea Research Institute of Standards and Science) Et annet kjennetegn ved denne teknologien er dens evne til å justere karboninnholdet i råmaterialet under materialsyntesestadiet, og dermed endre de elektrokjemiske egenskapene. Dette kan brukes til å utvikle sensorer som er i stand til å detektere andre gasser enn NO2, slik som restgasser produsert under halvlederproduksjonsprosessene. Den utmerkede kjemiske reaktiviteten til materialet kan også utnyttes til å forbedre ytelsen til elektrolysekatalysatorer for hydrogenproduksjon. Dr. Jihun Mun, en seniorforsker i KRISS Semiconductor Integrated Metrology Team, sa: "Denne teknologien, som overvinner begrensningene til konvensjonelle gasssensorer, vil ikke bare møte offentlige forskrifter, men også lette presis overvåking av atmosfæriske forhold i hjemmet. Vi vil fortsette oppfølgingsforskningen slik at denne teknologien kan brukes til utvikling av ulike giftgasssensorer og katalysatorer, som strekker seg utover overvåking av NO2 i atmosfæren."

Tidstempel:

Mer fra Nanowerk