Ett team från fakulteten för fysik vid Lomonosov Moscow State University har föreslagit användning av porösa kiselnanowire-arrayer i mycket känsliga gassensorer. Dessa enheter kommer att kunna upptäcka förekomsten av giftiga och giftfria gasmolekyler i luften vid rumstemperatur. Resultaten av studien publicerades i Physica Status Solidi A:Tillämpningar och materialvetenskap .

Med hänsyn till höga nivåer av miljöföroreningar i den moderna världen, det är viktigt att utveckla känsliga enheter som kan identifiera gasfasmolekyler exakt och selektivt. Dock, majoriteten av moderna gassensorer fungerar bara vid höga temperaturer, vilket begränsar tillämpningsområdet för deras tillämpning. Därför, utveckling av återanvändbara, mycket känsliga gasdetektorer som arbetar vid rumstemperatur är ett viktigt område inom modern fysik.

Forskarna från MSU föreslog att man skulle använda porösa nanotrådsuppsättningar av kisel som känsliga element i sådana detektorer. De kan erhållas med hjälp av en billig metod för metallassisterad kemisk etsning. Den är baserad på selektiv kemisk etsning, d.v.s. partiellt avlägsnande av ytskiktet från ett kristallint kisel i bulk med användning av metallnanopartiklar som katalysator. Dessutom, proceduren är snabb - minst 100 element kan produceras i ett laboratorium inom bara en timme.

Varje sensor består av en array av 10 mikron långa organiserade kiselnanotrådar med diametrar från 100 till 200 nm. Varje nanotråd har porös kristallin struktur. Storleken på kiselkristaller och porer mellan dem i enskilda nanotrådar, varierar från tre till fem nanometer.

Författare har visat att sådana porösa nanotrådar har en enorm specifik yta på grund av vilken deras fysikaliska och kemiska egenskaper är extremt känsliga för molekylär miljö. Det visade sig också att de erhållna proverna uppvisade en effektiv fotoluminescens i det röda spektrumområdet vid rumstemperatur.

"För första gången har vi visat att fotoluminescens av kisel -nanotrådar släcks i syre (O ₂ ) atmosfär men återställs sedan till ursprungliga värden i ädelgasatmosfär - kväve (N ₂ ). Detta upprepas i flera adsorptions-desorptionscykler, sa Liubov Osminkina, chefen för den vetenskapliga gruppen.

Forskarna förklarade de experimentella resultaten med en mikroskopisk modell enligt vilken känsligheten hos provernas optiska egenskaper för deras molekylära miljö bestäms av reversibel laddning och urladdning av Pb-centra - defekter som kisel dinglande bindningar på ytan av nanotrådarna. Författarna bekräftade modellen med mätningar gjorda genom att använda den elektroniska paramagnetiska resonansmetoden som hjälper till att bestämma existens och koncentration av Pb-centra.

"Det viktiga är att våra sensorer baserade på porösa nanotrådar både fungerar vid hemtemperaturer och även är återanvändbara, eftersom alla observerade effekter var helt reversibla, "tillade Liubov Osminkina.

De nya sensorerna kan användas både för effektiv kontroll av miljöföroreningsnivåer och för övervakning av luftsammansättning i slutna utrymmen, från klassrum till rymdstationer.