Forskare från Far Eastern Federal University (FEFU), Fjärran östergrenen vid Ryska vetenskapsakademin, Swinburne tekniska universitet, och Melbourne Center for Nanofabrication utvecklade en ultrakänslig detektor baserad på svart kisel. Enheten kan upptäcka spårmängder av nitroaromatiska föreningar och kan appliceras för att identifiera majoriteten av sprängämnen eller mycket giftiga föroreningar för medicinska och rättsmedicinska utvärderingar. Den relaterade artikeln publicerades i ACS -sensorer .

Den nya sensorn är baserad på det så kallade "svarta kislet" som tillverkas av högpresterande reaktiv etsning av kommersiellt tillgängliga kiselsubstrat. Sådant etsat kisel har en nanostrukturerad taggig yta med unika optiska egenskaper. Efter etsning, ytan är täckt med ett monoskikt av karbazolmolekyler. Denna process kallas kemisk funktionalisering eftersom de bifogade molekylerna ger substratet en viss viktig funktion, nämligen, förmågan att binda och koncentrera nitroaromatiska föreningar på ytan. Karbazolmonoskiktet gör enheten känslig för så utbredda nitroaromatiska ämnen som nitrobensen, o-nitrotoluen, 2,4-dinitrotoluen, etc. Dock sensorn reagerar inte på närvaron av andra molekyler, såsom bensen, toluen, tetraklormetan, metanol, etanol, och så vidare.

"Nitroaromatiska föreningar kan hittas i avloppsvatten från färgfabriker eller militära anläggningar och är extremt farliga för miljön. Dessutom, de är också delar av många sprängämnen. Deras upptäckt i spårkoncentrationer representerar en viktig och komplex praktisk uppgift. Vår sensorplattform identifierar förekomsten av nitroaromatiska föreningar genom att registrera förändringarna i luminescensspektrumet i det funktionella skiktet av karbazol som selektivt reagerar på nitroaromatiska molekyler, "sa Alexander Kuchmizhak, en forskningsassistent vid VR och AR Center for Science and Technology, FEFU.

Enligt forskaren, nanostrukturerat svart kisel som används som grund för enheten ger den hög känslighet och ett oöverträffat dynamiskt mätområde. I laboratoriet kan sensorn ge information om förekomsten av giftiga molekyler i vätskor eller gaser inom flera minuter.

"Kombinationen av unika morfologiska och optiska egenskaper hos svart kisel kombineras med enkla att implementera metoder för ytkemi som används för att funktionalisera kiselytan med karbazolmolekyler som får en oöverträffad känslighet. Vår sensor kan detektera nitroaromatiska föreningar vid koncentrationer ner till ppt (del per biljon eller 10 ^-10 %). Extremt brett dynamiskt mätområde orsakas av den unika taggiga morfologin hos svart kisel som ger ojämn lokal koncentration av karbazolmolekyler som skapar ytställen med olika känslighet, "förklarade Alexander Mironenko, sensorns designer, och en senior forskningsassistent vid Institute of Chemistry, FEB RAS.

Forskare uppgav att tillverkningen av den nya sensorplattformen förväntas bli ganska billig jämfört med de befintliga analogerna. Dessutom, samma sensor kan användas flera gånger. Det kan bli en del av gassensorsystem som garanterar allmän och ekologisk säkerhet.

Deltagarna i arbetet representerade Far Eastern Federal University, Institute of Chemistry och Institute of Automation and Management Processes of the Eastern Eastern Branch vid Russian Russian Academy of Sciences, Swinburne tekniska universitet, och Melbourne Center for Nanofabrication.