Cảm biến khí độc mới cải thiện giới hạn phát hiện

Cảm biến khí độc mới cải thiện giới hạn phát hiện

Dấu thời gian: ngày 28 tháng 2023 năm 6 43:XNUMX chiều
Nút nguồn: 3039390
Tháng Mười Hai 29, 2023

(Tin tức Nanowerk) Viện Nghiên cứu Tiêu chuẩn và Khoa học Hàn Quốc (KRISS) đã phát triển cảm biến khí độc có độ nhạy cao nhất thế giới. Cảm biến này có thể theo dõi chính xác lượng nitơ dioxide (NO2), một loại khí độc trong khí quyển, ở nhiệt độ phòng với mức tiêu thụ điện năng thấp và độ nhạy cực cao. Nó có thể được áp dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như phát hiện khí dư trong quá trình sản xuất chất bán dẫn và nghiên cứu về chất xúc tác điện phân. Những phát hiện đã được công bố trong Cấu trúc nhỏ (“MOCVD của C-MoS phân cấp2 Các nhánh nano cho cấp độ ppt NO2 Phát hiện”). Quá trình thủy triều tạo ra các nhánh nano 3D MoS2 Quá trình thủy triều để tạo 3D MoS2 các nhánh nano. Sự chuyển đổi cấu trúc của MoS2 thành hình dạng nhánh cây 3D có thể được quan sát qua thời gian tổng hợp. (Ảnh: Viện Nghiên cứu Tiêu chuẩn và Khoa học Hàn Quốc) KHÔNG2, được tạo ra bởi quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch ở nhiệt độ cao và chủ yếu phát ra từ khí thải ô tô hoặc khói nhà máy, góp phần làm tăng tỷ lệ tử vong do ô nhiễm không khí. Ở Hàn Quốc, nồng độ trung bình hàng năm của NO2 trong không khí được quy định ở mức 30 ppb (phần tỷ) hoặc thấp hơn theo sắc lệnh của tổng thống. Do đó, cần có cảm biến có độ nhạy cao để phát hiện chính xác các loại khí ở nồng độ cực thấp. Trong thời gian gần đây, việc sử dụng các loại khí độc có khả năng gây tử vong cho con người ngày càng gia tăng do sự phát triển của các ngành công nghệ cao, trong đó có sản xuất chất bán dẫn. Trong khi một số phòng thí nghiệm và nhà máy đã áp dụng các cảm biến loại bán dẫn để đảm bảo an toàn, thách thức nằm ở độ nhạy phản ứng thấp, khiến chúng không thể phát hiện các loại khí độc mà thậm chí mũi con người có thể cảm nhận được. Để tăng độ nhạy, cuối cùng chúng tiêu tốn rất nhiều năng lượng vì phải hoạt động ở nhiệt độ cao. Cảm biến mới được phát triển, cảm biến khí độc loại bán dẫn thế hệ tiếp theo dựa trên các vật liệu tiên tiến, cho thấy hiệu suất và khả năng sử dụng được cải thiện đáng kể so với các cảm biến thông thường. Với độ nhạy vượt trội đối với các phản ứng hóa học, cảm biến mới có thể phát hiện NO2 nhạy hơn nhiều so với các cảm biến loại bán dẫn được báo cáo trước đây, độ nhạy cao hơn 60 lần. Hơn nữa, cảm biến mới tiêu thụ điện năng tối thiểu khi hoạt động ở nhiệt độ phòng và quy trình sản xuất chất bán dẫn tối ưu của nó cho phép tổng hợp trên diện rộng ở nhiệt độ thấp, do đó giảm chi phí chế tạo. Chìa khóa của công nghệ nằm ở MoS2 vật liệu nanobranch được phát triển bởi KRISS. Không giống như cấu trúc phẳng 2D thông thường của MoS2, vật liệu này được tổng hợp theo cấu trúc 3D giống như cành cây, nhờ đó tăng cường độ nhạy. Bên cạnh sức mạnh tổng hợp vật liệu đồng đều trên diện tích lớn, nó có thể tạo ra cấu trúc 3D bằng cách điều chỉnh tỷ lệ carbon trong nguyên liệu thô mà không cần quá trình bổ sung. Nhóm Đo lường Tích hợp Chất bán dẫn KRISS đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng cảm biến khí của họ có thể phát hiện NO2 trong khí quyển ở nồng độ thấp tới 5 ppb. Giới hạn phát hiện được tính toán của cảm biến là 1.58 ppt (phần nghìn tỷ), đánh dấu mức độ nhạy cao nhất thế giới. Thành tựu này cho phép giám sát chính xác nồng độ NO2 trong khí quyển với mức tiêu thụ điện năng thấp. Cảm biến không chỉ tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn mang lại độ phân giải tuyệt vời. Nó được kỳ vọng sẽ góp phần nghiên cứu cải thiện điều kiện khí quyển bằng cách phát hiện nồng độ NO trung bình hàng năm2 và theo dõi những thay đổi theo thời gian thực. Kết quả đánh giá hiệu năng của cảm biến khí siêu nhạy Kết quả đánh giá hiệu suất của cảm biến khí siêu nhạy do KRISS phát triển. (a), (b): Kết quả đo NO2 với nồng độ khác nhau cho thấy độ phân giải đo tuyệt vời. (c): Kết quả đo nhất quán được quan sát thấy khi đo NO2 với cùng nồng độ được lặp lại, điều này cho thấy độ tái lập và độ tin cậy đo lường cao. (d): Cảm biến thể hiện khả năng tuyệt vời trong việc phát hiện có chọn lọc NO2 giữa một số khí can thiệp. (Ảnh: Viện Nghiên cứu Tiêu chuẩn và Khoa học Hàn Quốc) Một đặc điểm khác của công nghệ này là khả năng điều chỉnh hàm lượng carbon trong nguyên liệu thô trong giai đoạn tổng hợp nguyên liệu, từ đó làm thay đổi tính chất điện hóa. Điều này có thể được sử dụng để phát triển các cảm biến có khả năng phát hiện các loại khí khác ngoài NO2, chẳng hạn như khí dư được tạo ra trong quá trình sản xuất chất bán dẫn. Khả năng phản ứng hóa học tuyệt vời của vật liệu cũng có thể được khai thác để nâng cao hiệu suất của chất xúc tác điện phân để sản xuất hydro. Tiến sĩ Jihun Mun, nhà nghiên cứu cấp cao của Nhóm Đo lường Tích hợp Chất bán dẫn KRISS, cho biết: “Công nghệ này khắc phục những hạn chế của cảm biến khí thông thường, sẽ không chỉ đáp ứng các quy định của chính phủ mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc giám sát chính xác các điều kiện khí quyển trong nhà. Chúng tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu tiếp theo để công nghệ này có thể được áp dụng vào việc phát triển các chất xúc tác và cảm biến khí độc khác nhau, vượt ra ngoài việc giám sát NO2 trong khí quyển.”

Dấu thời gian:

Thêm từ công trình nano