Новый датчик токсичных газов повышает предел обнаружения

Новый датчик токсичных газов повышает предел обнаружения

Отметка времени: 28 декабря 2023 г., 6:43
Исходный узел: 3039390
Декабрь 29, 2023

(Новости Наноуэрк) Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки (KRISS) разработал датчик токсичных газов с самой высокой в ​​мире чувствительностью. Этот датчик может точно контролировать диоксид азота (НЕТ2), токсичный газ в атмосфере, при комнатной температуре, с низким энергопотреблением и сверхвысокой чувствительностью. Его можно применять в различных областях, таких как обнаружение остаточных газов в процессе производства полупроводников и исследования катализаторов электролиза. Результаты были опубликованы в Малые структуры («MOCVD иерархического C-MoS2 Нановетви для ppt-уровня НЕТ2 Обнаружение»). Приливный процесс создания 3D-нановетвей MoS2 Приливной процесс создания 3D MoS2 нано-ветви. Структурная трансформация MoS2 в трехмерную форму ветки дерева можно наблюдать в течение времени синтеза. (Изображение: Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки) НЕТ2, образующийся в результате высокотемпературного сгорания ископаемого топлива и выбрасываемый в основном с выхлопными газами автомобилей или заводским дымом, способствует увеличению смертности из-за загрязнения воздуха. В Южной Корее среднегодовая концентрация NO2 Указом президента регулируется уровень содержания в воздухе 30 частей на миллиард (частей на миллиард) или ниже. Поэтому для точного обнаружения газов в чрезвычайно низких концентрациях необходимы высокочувствительные датчики. В последнее время в связи с развитием высокотехнологичных производств, в том числе производства полупроводников, возросло использование токсичных газов, потенциально смертельных для человека. Хотя некоторые лаборатории и фабрики в целях безопасности используют датчики полупроводникового типа, проблема заключается в их низкой чувствительности, что делает их неспособными обнаруживать токсичные газы, которые могут быть даже ощутимы человеческим носом. Для повышения чувствительности они в конечном итоге потребляют много энергии, поскольку должны работать при высоких температурах. Недавно разработанный датчик — датчик токсичных газов полупроводникового типа следующего поколения, основанный на современных материалах, — демонстрирует значительно улучшенные характеристики и удобство использования по сравнению с обычными датчиками. Благодаря своей исключительной чувствительности к химическим реакциям новый датчик может обнаруживать NO.2 гораздо более чувствительно, чем ранее сообщалось о датчиках полупроводникового типа, чувствительность в 60 раз выше. Более того, новый датчик потребляет минимальную мощность при работе при комнатной температуре, а его оптимальный процесс производства полупроводников обеспечивает синтез большой площади при низких температурах, тем самым снижая затраты на производство. Ключ к технологии лежит в MoS2 материал нановетвей, разработанный KRISS. В отличие от обычной плоской 2D-структуры MoS2, этот материал синтезируется в трехмерной структуре, напоминающей ветви дерева, тем самым повышая чувствительность. Помимо прочности однородного синтеза материала на большой площади, он может создавать трехмерную структуру, регулируя соотношение углерода в сырье без дополнительных процессов. Группа интегрированной метрологии KRISS Semiconductor экспериментально продемонстрировала, что их газовый датчик может обнаруживать NO.2 в атмосфере при концентрациях всего 5 частей на миллиард. Расчетный предел обнаружения датчика составляет 1.58 ppt (частей на триллион), что означает самый высокий в мире уровень чувствительности. Это достижение позволяет осуществлять точный мониторинг NO.2 в атмосфере с низким энергопотреблением. Датчик не только экономит время и деньги, но также обеспечивает превосходное разрешение. Ожидается, что он внесет вклад в исследования по улучшению атмосферных условий путем определения среднегодовых концентраций NO.2 и мониторинг изменений в реальном времени. Результаты оценки производительности сверхчувствительного датчика газа Результаты оценки эффективности сверхчувствительного датчика газа, разработанного KRISS. (а), (б): Результаты измерения NO2 с различными концентрациями демонстрируют превосходное разрешение измерений. (c): Согласованные результаты измерений наблюдались при измерении NO2 с той же концентрацией повторяли, что свидетельствует о высокой воспроизводимости и надежности измерений. (d): Датчик продемонстрировал превосходную способность избирательно обнаруживать NO.2 среди нескольких интерференционных газов. (Изображение: Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки) Еще одной особенностью этой технологии является ее способность регулировать содержание углерода в сырье на этапе синтеза материала, тем самым изменяя электрохимические свойства. Это можно использовать для разработки датчиков, способных обнаруживать газы, отличные от NO.2, такие как остаточные газы, образующиеся в процессе производства полупроводников. Превосходную химическую активность материала также можно использовать для повышения эффективности катализаторов электролиза для производства водорода. Доктор Джихун Мун, старший научный сотрудник группы интегрированной метрологии KRISS Semiconductor, сказал: «Эта технология, которая преодолевает ограничения обычных газовых датчиков, не только будет соответствовать государственным нормам, но и будет способствовать точному мониторингу атмосферных условий в стране. Мы продолжим последующие исследования, чтобы эту технологию можно было применить для разработки различных датчиков токсичных газов и катализаторов, выходя за рамки мониторинга NO.2 в атмосфере».

Отметка времени:

Больше от нанотехнология