Till vänster:Elektronmikroskopbild med atomupplösning av dubbelskikts- och treskiktsregionerna i Re0.5Nb0.5S2 som avslöjar dess staplingsordning. Höger:Real-space laddningsöverföringsdiagram som visar laddningsöverföringen från Re0.5Nb0.5S2 till NO2-molekylen. Färgnyckel:Åter visas i marinblått; Nb i violett; S i gult; N i grönt; H i grått; O i blått; och C i rött. Kredit:Alex Zettl/Berkeley Lab
Kvävedioxid, en luftförorening som släpps ut från fossilbränsledrivna bilar och gaseldade kaminer är inte bara dåligt för klimatet – det är dåligt för vår hälsa. Långtidsexponering för NO 2 har kopplats till ökad hjärtsjukdom, luftvägssjukdomar som astma, och infektioner.
Kvävedioxid är luktfri och osynlig – så du behöver en speciell sensor som exakt kan upptäcka farliga koncentrationer av den giftiga gasen. Men de flesta tillgängliga sensorer är energikrävande eftersom de vanligtvis måste arbeta vid höga temperaturer för att uppnå lämplig prestanda.
En ultratunn sensor, utvecklat av ett team av forskare från Berkeley Lab och UC Berkeley, kan vara svaret.
I deras papper publicerad i tidskriften Nanobokstäver , forskargruppen rapporterade om en atomärt tunn "2D"-sensor som fungerar i rumstemperatur och därmed förbrukar mindre ström än konventionella sensorer.
Forskarna säger att den nya 2D-sensorn - som är konstruerad av en enskiktslegering av rheniumniobiumdisulfid - också har överlägsen kemisk specificitet och återhämtningstid.
Till skillnad från andra 2D-enheter tillverkade av material som grafen, den nya 2D-sensorn reagerar elektriskt selektivt på kvävedioxidmolekyler, med minimal respons på andra giftiga gaser som ammoniak och formaldehyd. Dessutom, den nya 2D-sensorn kan detektera ultralåga koncentrationer av kvävedioxid på minst 50 delar per miljard, sa Amin Azizi, en postdoktor från UC Berkeley och huvudförfattare till den aktuella studien.
När en sensor baserad på molybdendisulfid eller kolnanorör har upptäckt kvävedioxid, det kan ta timmar att återhämta sig till sitt ursprungliga tillstånd vid rumstemperatur. "Men vår sensor tar bara några minuter, " sa Azizi.
Den nya sensorn är inte bara ultratunn – den är också flexibel och transparent, vilket gör den till en utmärkt kandidat för bärbara miljö- och hälsoövervakningssensorer. "Om kvävedioxidnivåerna i den lokala miljön överstiger 50 delar per miljard, som kan vara mycket farligt för någon med astma, men just nu, personliga kvävedioxidgassensorer är opraktiska." sa Azizi. Deras sensor, om den är integrerad i smartphones eller annan bärbar elektronik, kan fylla den luckan, han lade till.
Berkeley Labs postdoktor och medförfattare Mehmet Dogan förlitade sig på Cori-superdatorn vid National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), en superdatoranvändaranläggning vid Berkeley Lab, för att teoretiskt identifiera den underliggande avkänningsmekanismen.
Alex Zettl och Marvin Cohen, fakultetsforskare vid Berkeley Labs materialvetenskapsavdelning och professorer i fysik vid UC Berkeley, medledde studien.
