Kolnanorör ger ett nytt kraftfullt sätt att upptäcka skadliga gaser i miljön. Dock, metoderna som vanligtvis används för att bygga kolnanorörssensorer är farliga och lämpar sig inte för storskalig produktion.

En ny tillverkningsmetod skapad av MIT -kemister - så enkel som att rita en linje på ett pappersark - kan övervinna detta hinder. MIT postdoc Katherine Mirica har designat en ny typ av blyertsledning där grafit ersätts med ett komprimerat pulver av kolnanorör. Ledningen, som kan användas med en vanlig mekanisk penna, kan skriva in sensorer på valfri pappersyta.

Sensorn, beskrivs i tidningen Angewandte Chemie , detekterar små mängder ammoniakgas, en industriell fara. Timothy Swager, John D. MacArthur professor i kemi och ledare för forskargruppen, säger att sensorerna kan anpassas för att upptäcka nästan vilken typ av gas som helst.

"Det fina med detta är att vi kan börja göra alla slags kemiskt specifika funktionaliserade material, "Swager säger." Vi tror att vi kan göra sensorer för nästan allt som är flyktigt. "

Andra författare till uppsatsen är doktoranden Jonathan Weis och postdocs Jan Schnorr och Birgit Esser.

Rita in den

Kolnanorör är ark med kolatomer som rullas in i cylindrar som tillåter elektroner att flöda utan hinder. Sådana material har visat sig vara effektiva sensorer för många gaser, som binder till nanorören och hindrar elektronflödet. Dock, att skapa dessa sensorer kräver att nanorör upplöses i ett lösningsmedel som diklorbensen, använder en process som kan vara farlig och opålitlig.

Swager och Mirica bestämde sig för att skapa en lösningsmedelsfri tillverkningsmetod baserad på papper. Inspirerad av pennor på hennes skrivbord, Mirica hade tanken att komprimera kolnanorör till ett grafitliknande material som kunde ersätta blyerts.

För att skapa sensorer med sin penna, forskarna ritar en rad kolnanorör på ett pappersark präglat med små elektroder gjorda av guld. De applicerar sedan en elektrisk ström och mäter strömmen när den flyter genom kolnanorörsremsan, som fungerar som ett motstånd. Om strömmen ändras, det betyder att gas har bundit till kolnanorören.

Forskarna testade sin enhet på flera olika typer av papper, och fann att det bästa svaret kom med sensorer ritade på jämnare papper. De fann också att sensorerna ger konsekventa resultat även när märkena inte är enhetliga.

Två stora fördelar med tekniken är att den är billig och "blyertsledningen" är extremt stabil, Säger Swager. "Du kan inte föreställa dig en mer stabil formulering. Molekylerna är immobiliserade, " han säger.

Den nya sensorn kan vara användbar för en mängd olika applikationer, säger Zhenan Bao, docent i kemiteknik vid Stanford University. "Jag kan redan tänka på många sätt att denna teknik kan utökas för att bygga kolnanorörsenheter, "säger Bao, som inte ingick i forskargruppen. "Jämfört med andra typiska tekniker, såsom spinnbeläggning, doppbeläggning eller bläckstråleskrivare, Jag är imponerad av den goda reproducerbarheten av att känna av svar de kunde få. "

Sensorer för eventuell gas

I den här studien, forskarna fokuserade på rena kolnanorör, men de arbetar nu med att skräddarsy sensorerna för att upptäcka ett brett spektrum av gaser. Selektiviteten kan ändras genom att lägga till metallatomer till nanorörets väggar, eller genom att linda polymerer eller andra material runt rören.

En gas som forskarna är särskilt intresserade av är eten, vilket skulle vara användbart för att övervaka fruktens mognad när den skickas och lagras. Teamet arbetar också med sensorer för svavelföreningar, vilket kan vara till hjälp för att upptäcka läckage av naturgas.

Denna artikel publiceras på nytt med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT -forskning, innovation och undervisning.