(PhysOrg.com) -- Ett team av forskare från National Institute of Standards and Technology (NIST), George Mason University och University of Maryland har gjort sensorer i nanostorlek som upptäcker flyktiga organiska föreningar - skadliga föroreningar som frigörs från färger, städare, bekämpningsmedel och andra produkter -- som erbjuder flera fördelar jämfört med dagens kommersiella gassensorer, inklusive lågeffektsdrift vid rumstemperatur och förmågan att detektera en eller flera föreningar över ett brett spektrum av koncentrationer.

Det nyligen publicerade arbetet är proof of concept för en gassensor gjord av en enda nanotråd och metalloxidnanokluster som valts ut för att reagera på en specifik organisk förening. Detta arbete är det senaste av flera insatser vid NIST som drar fördel av de unika egenskaperna hos nanotrådar och metalloxidelement för att känna av farliga ämnen.

Moderna kommersiella gassensorer är gjorda av tunna, ledande filmer av metalloxider. När en flyktig organisk förening som bensen interagerar med titandioxid, till exempel, en reaktion förändrar strömmen som går genom filmen, utlöser ett larm. Även om tunnfilmssensorer är effektiva, många måste arbeta vid temperaturer på 200 ° C (392 ° F) eller högre. Frekvent uppvärmning kan försämra materialen som utgör filmerna och kontakterna, orsakar tillförlitlighetsproblem. Dessutom, de flesta tunnfilmssensorer fungerar inom ett snävt område:man kan fånga en liten mängd toluen i luften, men misslyckas med att sniffa upp en massiv utsläpp av gasen. Utbudet av de nya nanotrådssensorerna sträcker sig från bara 50 delar per miljard upp till 1 del per 100, eller 1 procent av luften i ett rum.

Dessa nya sensorer, byggd med samma tillverkningsprocesser som vanligtvis används för datorchips av kisel, arbeta enligt samma grundläggande princip, men i mycket mindre skala:galliumnitridtrådarna är mindre än 500 nanometer tvärs över och mindre än 10 mikrometer långa. Trots deras mikroskopiska storlek, nanotrådarna och titandioxidnanoklustren de är belagda med har ett högt yta-till-volymförhållande som gör dem utsökt känsliga.

"Den elektriska strömmen som flyter genom våra nanosensorer är i mikroamperområdet, medan traditionella sensorer kräver milliampere, " förklarar NIST:s Abhishek Motayed. "Så vi känner av med mycket mindre kraft och energi. Nanosensorerna erbjuder också större tillförlitlighet och mindre storlek. De är så små att du kan placera dem var som helst. "Ultraviolett ljus, snarare än värme, främjar titandioxiden att reagera i närvaro av en flyktig organisk förening.

Ytterligare, varje nanotråd är en defektfri enkristall, snarare än sammanslagningen av kristallkorn i tunnfilmssensorer, så de är mindre benägna att försämras. I tillförlitlighetstester under det senaste året, sensorerna i nanostorlek har inte upplevt fel. Medan lagets nuvarande experimentella sensorer är inställda för att detektera bensen såväl som de liknande flyktiga organiska föreningarna toluen, etylbensen och xylen, deras mål är att bygga en enhet som inkluderar en rad nanotrådar och olika metalloxidnanokluster för att analysera blandningar av föreningar. De planerar att samarbeta med andra NIST-team för att kombinera sitt tillvägagångssätt för ultraviolett ljus med värmeinducerad nanotrådsavkänningsteknologi.