Nowatorski czujnik gazów toksycznych poprawia granicę wykrywalności

(Wiadomości Nanowerk) Koreański Instytut Badawczy ds. Standardów i Nauki (KRISS) opracował czujnik gazów toksycznych o najwyższej na świecie czułości. Czujnik ten może precyzyjnie monitorować dwutlenek azotu (NO2), toksyczny gaz w atmosferze, w temperaturze pokojowej, charakteryzujący się niskim zużyciem energii i bardzo wysoką czułością. Można go zastosować w różnych dziedzinach, takich jak wykrywanie gazów resztkowych podczas procesu produkcji półprzewodników i badania nad katalizatorami elektrolizy. Wyniki opublikowano w Małe Struktury („MOCVD hierarchicznego C-MoS2 Nanobranże dla poziomu ppt NO2 Wykrycie"). Proces pływowy do tworzenia 3D MoS2 nanogałęzie. Transformacja strukturalna MoS2 w czasie syntezy można zaobserwować trójwymiarowy kształt gałęzi drzewa. (Zdjęcie: Koreański Instytut Badawczy ds. Standardów i Nauki) NO2powstający w wyniku spalania paliw kopalnych w wysokiej temperaturze i emitowany głównie przez spaliny samochodowe lub dym fabryczny, przyczynia się do wzrostu śmiertelności z powodu zanieczyszczenia powietrza. W Korei Południowej średnie roczne stężenie NO2 w powietrzu jest regulowane na poziomie 30 ppb (części na miliard) lub mniej na mocy dekretu prezydenckiego. Dlatego też, aby dokładnie wykrywać gazy o ekstremalnie niskich stężeniach, potrzebne są bardzo czułe czujniki. W ostatnim czasie wzrosło wykorzystanie toksycznych gazów, które mogą być śmiertelne dla człowieka, w związku z rozwojem gałęzi przemysłu zaawansowanych technologii, w tym produkcji półprzewodników. Choć w niektórych laboratoriach i fabrykach ze względów bezpieczeństwa zastosowano czujniki półprzewodnikowe, wyzwaniem jest ich niska czułość reakcji, przez co nie są one w stanie wykryć toksycznych gazów, które mogą być nawet wyczuwalne przez ludzki nos. Aby zwiększyć czułość, zużywają ostatecznie dużo energii, ponieważ muszą pracować w wysokich temperaturach. Nowo opracowany czujnik, półprzewodnikowy czujnik gazów toksycznych nowej generacji, oparty na zaawansowanych materiałach, charakteryzuje się znacznie lepszą wydajnością i użytecznością w porównaniu z konwencjonalnymi czujnikami. Dzięki wyjątkowej wrażliwości na reakcje chemiczne nowy czujnik może wykryć NO2 znacznie bardziej czułe niż wcześniej zgłaszane czujniki półprzewodnikowe, a czułość jest 60 razy wyższa. Co więcej, nowatorski czujnik zużywa minimalną energię, pracując w temperaturze pokojowej, a optymalny proces produkcji półprzewodników umożliwia syntezę wielkopowierzchniową w niskich temperaturach, zmniejszając w ten sposób koszty produkcji. Kluczem do tej technologii jest MoS2 materiał nanobranch opracowany przez firmę KRISS. W przeciwieństwie do konwencjonalnej płaskiej struktury 2D MoS2materiał ten jest syntetyzowany w strukturze 3D przypominającej gałęzie drzew, co zwiększa czułość. Oprócz siły jednolitej syntezy materiału na dużym obszarze, może tworzyć strukturę 3D, dostosowując stosunek węgla w surowcu bez dodatkowych procesów. Zespół ds. zintegrowanej metrologii KRISS Semiconductor wykazał eksperymentalnie, że ich czujnik gazu może wykryć NO2 w atmosferze w stężeniach tak niskich jak 5 ppb. Obliczona granica wykrywalności czujnika wynosi 1.58 ppt (części na bilion), co oznacza najwyższy na świecie poziom czułości. Osiągnięcie to umożliwia precyzyjne monitorowanie NO2 w atmosferze przy niskim zużyciu energii. Czujnik nie tylko oszczędza czas i pieniądze, ale także oferuje doskonałą rozdzielczość. Oczekuje się, że wniesie wkład w badania nad poprawą warunków atmosferycznych poprzez wykrywanie średniorocznych stężeń NO2 i monitorowanie zmian w czasie rzeczywistym. Wyniki oceny działania ultraczułego czujnika gazu opracowanego przez firmę KRISS. (a), (b): Wyniki pomiarów NO2 przy różnych stężeniach wykazują doskonałą rozdzielczość pomiaru. (c): Podczas pomiaru NO zaobserwowano spójne wyniki pomiarów2 z tym samym stężeniem, co świadczy o dużej powtarzalności i wiarygodności pomiaru. (d): Czujnik wykazywał doskonałą zdolność do selektywnego wykrywania NO2 pomiędzy kilkoma gazami zakłócającymi. (Zdjęcie: Koreański Instytut Badawczy ds. Standardów i Nauki) Inną cechą tej technologii jest jej zdolność do regulowania zawartości węgla w surowcu na etapie syntezy materiału, zmieniając w ten sposób właściwości elektrochemiczne. Można to wykorzystać do opracowania czujników zdolnych do wykrywania gazów innych niż NO2, takie jak gazy resztkowe powstające podczas procesów produkcji półprzewodników. Doskonałą reaktywność chemiczną materiału można również wykorzystać do zwiększenia wydajności katalizatorów elektrolizy do produkcji wodoru. Dr Jihun Mun, starszy badacz w Zespole Zintegrowanej Metrologii KRISS Semiconductor, powiedział: „Technologia ta, która przezwycięża ograniczenia konwencjonalnych czujników gazu, nie tylko spełni wymogi przepisów rządowych, ale także ułatwi precyzyjne monitorowanie warunków atmosferycznych w gospodarstwie domowym. Będziemy kontynuować dalsze badania, aby można było zastosować tę technologię do opracowywania różnych czujników i katalizatorów gazów toksycznych, wykraczających poza monitorowanie NO2 w atmosferze.”

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64326.php