Novo sensor de gás tóxico melhora o limite de detecção

(Notícias do Nanowerk) O Instituto de Pesquisa de Padrões e Ciência da Coreia (KRISS) desenvolveu um sensor de gás tóxico com a mais alta sensibilidade do mundo. Este sensor pode monitorar com precisão o dióxido de nitrogênio (NO2), um gás tóxico na atmosfera, à temperatura ambiente, com baixo consumo de energia e sensibilidade ultra-alta. Pode ser aplicado em diversos campos, como detecção de gases residuais durante o processo de fabricação de semicondutores e pesquisa em catalisadores de eletrólise. As descobertas foram publicadas em Pequenas Estruturas (“MOCVD de C-MoS Hierárquico2 Nanobranches para nível ppt NO2 Detecção"). Processo Tidal para criação de MoS 3D2 nano-ramos. A transformação estrutural do MoS2 em um formato de galho de árvore 3D pode ser observado ao longo do tempo de síntese. (Imagem: Instituto de Pesquisa de Padrões e Ciência da Coreia) NÃO2, produzida pela combustão a alta temperatura de combustíveis fósseis e emitida principalmente através dos gases de escape dos automóveis ou do fumo das fábricas, contribui para um aumento da mortalidade devido à poluição atmosférica. Na Coreia do Sul, a concentração média anual de NO2 no ar é regulamentado em 30 ppb (partes por bilhão) ou menos por decreto presidencial. Sensores altamente sensíveis, portanto, são necessários para detectar com precisão gases em concentrações extremamente baixas. Nos últimos tempos, a utilização de gases tóxicos potencialmente fatais para os seres humanos tem aumentado devido ao desenvolvimento de indústrias de alta tecnologia, incluindo a produção de semicondutores. Embora alguns laboratórios e fábricas tenham adotado sensores do tipo semicondutores para segurança, o desafio reside na sua baixa sensibilidade de resposta, tornando-os incapazes de detectar gases tóxicos que podem até ser perceptíveis pelo nariz humano. Para aumentar a sensibilidade, eles acabam consumindo muita energia porque devem operar em altas temperaturas. O sensor recém-desenvolvido, um sensor de gás tóxico do tipo semicondutor de última geração baseado em materiais avançados, apresenta desempenho e usabilidade significativamente melhorados em comparação com sensores convencionais. Com sua excelente sensibilidade a reações químicas, o novo sensor pode detectar NO2 muito mais sensível do que os sensores do tipo semicondutor relatados anteriormente, uma sensibilidade que é 60 vezes maior. Além disso, o novo sensor consome energia mínima operando à temperatura ambiente, e seu processo ideal de fabricação de semicondutores permite a síntese de grandes áreas a baixas temperaturas, reduzindo assim os custos de fabricação. A chave da tecnologia está no MoS2 material de nanobrânquios desenvolvido por KRISS. Ao contrário da estrutura plana 2D convencional do MoS2, esse material é sintetizado em uma estrutura 3D semelhante a galhos de árvores, aumentando assim a sensibilidade. Além de sua força de síntese uniforme de material em uma grande área, ele pode criar uma estrutura 3D ajustando a proporção de carbono na matéria-prima sem processos adicionais. A equipe de metrologia integrada da KRISS Semiconductor demonstrou experimentalmente que seu sensor de gás pode detectar NO2 na atmosfera em concentrações tão baixas quanto 5 ppb. O limite de detecção calculado do sensor é de 1.58 ppt (partes por trilhão), marcando o nível de sensibilidade mais alto do mundo. Esta conquista permite o monitoramento preciso do NO2 na atmosfera com baixo consumo de energia. O sensor não só economiza tempo e custo, mas também oferece excelente resolução. Espera-se que contribua para pesquisas sobre a melhoria das condições atmosféricas, detectando concentrações médias anuais de NO2 e monitorar mudanças em tempo real. Resultados da avaliação de desempenho do sensor de gás ultrassensível desenvolvido pela KRISS. (a), (b): Resultados de medição de NO2 com diferentes concentrações demonstram excelente resolução de medição. (c): Resultados de medição consistentes foram observados quando a medição de NO2 com a mesma concentração foi repetida, o que indica alta reprodutibilidade e confiabilidade de medição. (d): O sensor exibiu excelente capacidade de detectar seletivamente NO2 entre vários gases de interferência. (Imagem: Instituto de Pesquisa de Padrões e Ciência da Coreia) Outra característica dessa tecnologia é a capacidade de ajustar o teor de carbono da matéria-prima durante a etapa de síntese do material, alterando assim as propriedades eletroquímicas. Isso pode ser utilizado para desenvolver sensores capazes de detectar outros gases além do NO2, como gases residuais produzidos durante os processos de fabricação de semicondutores. A excelente reatividade química do material também pode ser explorada para melhorar o desempenho dos catalisadores de eletrólise para produção de hidrogênio. Jihun Mun, pesquisador sênior da Equipe de Metrologia Integrada da KRISS Semiconductor, disse: “Esta tecnologia, que supera as limitações dos sensores de gás convencionais, não apenas atenderá às regulamentações governamentais, mas também facilitará o monitoramento preciso das condições atmosféricas domésticas. Continuaremos pesquisas de acompanhamento para que esta tecnologia possa ser aplicada ao desenvolvimento de diversos sensores e catalisadores de gases tóxicos, indo além do monitoramento de NO2 na atmosfera.”

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