Föroreningar som släpps ut från fabriker och bilavgaser påverkar människor som andas in dessa skadliga gaser och förvärrar också klimatförändringarna i atmosfären. Att kunna upptäcka sådana utsläpp är en kritiskt nödvändig åtgärd.

Ny forskning av enheten Nanoparticles by Design vid Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), i samarbete med Materials Center Leoben Austria och det österrikiska centret för elektronmikroskopi och nanoanalys har utvecklat ett effektivt sätt att förbättra metoder för att upptäcka förorenande utsläpp med hjälp av en sensor i nanoskala. Tidningen publicerades i Nanoteknik .

Forskarna använde en nanotråd av kopparoxid dekorerad med palladiumnanopartiklar för att upptäcka kolmonoxid, en vanlig industriell förorening. Sensorn testades under förhållanden som liknar omgivande luft eftersom framtida enheter som utvecklats från denna metod kommer att behöva fungera under dessa förhållanden.

Kopparoxid är en halvledare och forskare använder nanotrådar tillverkade av den för att söka efter potentiell tillämpning i mikroelektronikindustrin. Men i gasavkännande applikationer, kopparoxid undersöktes betydligt mindre jämfört med andra metalloxidmaterial.

En halvledare kan göras för att uppleva dramatiska förändringar i dess elektriska egenskaper när en liten mängd främmande atomer görs för att fästa vid dess yta vid höga temperaturer. I detta fall, kopparoxid -nanotråden gjordes till en elektrisk krets. Forskarna upptäckte kolmonoxid indirekt, genom att mäta förändringen i den resulterande kretsens elektriska motstånd i närvaro av gasen. De fann att kopparoxid nanotrådar dekorerade med palladium nanopartiklar visar en betydligt större ökning av elektrisk motstånd i närvaro av kolmonoxid än samma typ av nanotrådar utan nanopartiklar.

OIST Nanoparticles by Design Unit använde en sofistikerad teknik som tillät dem att först sålla nanopartiklar efter storlek, leverera och deponera sedan palladium -nanopartiklarna på ytan av nanotrådarna på ett jämnt fördelat sätt. Denna jämna spridning av utvalda nanopartiklar i storlek och de resulterande nanopartiklarna-nanotrådsinteraktionerna är avgörande för att få ett förbättrat elektriskt svar. OIST -avsättningssystemet för nanopartiklar kan skräddarsys för att deponera flera typer av nanopartiklar samtidigt, segregerade på olika områden i skivan där nanotråden sitter. Med andra ord, detta system kan konstrueras för att kunna detektera flera typer av gaser. Nästa steg är att upptäcka olika gaser samtidigt med hjälp av flera sensorenheter, med varje enhet som använder en annan typ av nanopartikel.

Jämfört med andra alternativ som utforskas i gasavkänning som är skrymmande och svåra att miniatyrera, nanotråds gassensorer blir billigare och potentiellt lättare att massproducera.

Den huvudsakliga energikostnaden för att använda denna typ av sensorer är de höga temperaturer som är nödvändiga för att underlätta de kemiska reaktionerna för att säkerställa viss elektrisk reaktion. I denna studie användes 350 grader Celsius. Dock, olika nanotråd-nanopartikelmaterialkonfigurationer undersöks för närvarande för att sänka drifttemperaturen för detta system.

"Jag tror att nanopartikeldekorerade nanotrådar har en enorm potential för praktiska tillämpningar eftersom det är möjligt att införliva denna typ av teknik i industriella enheter, "sade Stephan Steinhauer, ett Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) postdoktoral forskare som arbetar under överinseende av prof. Mukhles Sowwan vid OIST Nanoparticles by Design Unit.