En batterilös kemisk sensor förlitar sig på dynamiska interaktioner mellan molekyler och halvledar nanotrådsytor som kan inducera elektriska spänningar mellan segment av nanotrådar.
(PhysOrg.com) -- Till skillnad från många konventionella kemiska detektorer som kräver en extern strömkälla, Lawrence Livermore-forskare har utvecklat en nanosensor som bygger på halvledarnanotrådar, snarare än traditionella batterier.
Enheten övervinner kraftbehovet för traditionella sensorer och är enkel, mycket känslig och kan snabbt upptäcka olika molekyler. Dess utveckling kan vara det första steget i att göra en lätt deployerbar kemisk sensor för slagfältet.
The Labs Yinmin "Morris" Wang och kollegor Daniel Aberg, Paul Erhart, Nipun Misra, Aleksandr Noy och Alex Hamza, tillsammans med medarbetare från University of Shanghai for Science and Technology, har tillverkat den första generationens batterilösa detektorer som använder endimensionella halvledar nanotrådar.
Nanosensorerna drar fördel av en unik interaktion mellan kemiska arter och halvledarnanotrådsytor som stimulerar en elektrisk laddning mellan de två ändarna av nanotrådarna eller mellan de exponerade och oexponerade nanotrådarna.
Gruppen testade de batterilösa sensorerna med olika typer av plattformar - zinkoxid och kisel - med etanollösningsmedel som testmedel.
I zinkoxidsensorn fann teamet att det fanns en förändring i den elektriska spänningen mellan de två ändarna av nanotrådarna när en liten mängd etanol placerades på detektorn.
"Ökningen av den elektriska signalen är nästan omedelbar och avtar långsamt när etanolen avdunstar, " sa Wang.
Dock, när teamet placerade en liten mängd av ett hexanlösningsmedel på enheten, lite elektrisk spänning sågs, "som indikerar att nanosensorn selektivt reagerar på olika typer av lösningsmedelsmolekyler, " sa Wang.
Sensordelen av enheten är cirka 2 millimeter stor.
Teamet använde mer än 15 olika typer av organiska lösningsmedel och såg olika spänningar för varje lösningsmedel. "Denna egenskap gör det möjligt för våra nanosensorer att upptäcka olika typer av kemiska arter och deras koncentrationsnivåer, " sa Wang.
Svaret på olika lösningsmedel var något liknande när teamet testade kiselnanosensorerna. Dock, spänningsavfallet när lösningsmedlet avdunstade skilde sig drastiskt från zinkoxidsensorerna. "Resultaten indikerar att det är möjligt att utöka den batterilösa avkänningsplattformen till slumpmässigt inriktade halvledarnanowire-system, " sa Wang.
Teamets nästa steg är att testa sensorerna med mer komplexa molekyler som de från sprängämnen och biologiska system.
Forskningen visas på insidan av framsidan av numret 4 januari av Avancerade material.
