Экологические датчики стали на шаг ближе к тому, чтобы одновременно улавливать несколько газов, которые могут указывать на болезнь или загрязнение. Хуанью “Ларри” Ченг, доцент машиностроения и инженерии в Инженерном колледже, и Лорен Зарзар, доцент химии в Научном колледже Эберли, и их команды объединили лазерную запись и чувствительные сенсорные технологии, чтобы создать первые настраиваемые микромасштабные газочувствительные устройства. Работа опубликована в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
“Обнаружение газов имеет решающее значение для различных областей применения, включая мониторинг загрязнения окружающей среды, общественную безопасность и здоровье людей. Для удовлетворения этих потребностей чувствительные устройства должны быть маленькими, легкими, недорогими и простыми в использовании и применяться в различных средах и на различных подложках, таких как одежда или трубопроводы”, — рассказывает Ченг.
Ученые разработали лазерно-индуцированный термический воксельный процесс, который позволяет одновременно создавать и интегрировать оксиды металлов непосредственно в сенсорные платформы. Оксиды металлов – это материалы, вступающие в реакцию с различными соединениями, чтобы запустить механизм обнаружения. Используя лазерную запись, исследователи растворяют соли металлов в воде, а затем фокусируют лазер в раствор. Под воздействием высокой температуры раствор разлагается, оставляя наночастицы оксида металла, которые могут быть спечены на платформе датчика.
Этот процесс упрощает предыдущие методы, которые требовали предварительно определенной маски планируемого образца. Любые изменения или корректировки требовали создания новой маски, что стоило времени и денег. По словам Зарзара, лазерная запись “без маски” в сочетании с процессом термического оксидирования позволяет быстро повторять и тестировать несколько конструкций или материалов, чтобы найти наиболее эффективные комбинации.
“Точное построение структуры также является необходимым компонентом для создания “электронных носов” или массивов датчиков, которые действуют как носы и могут точно обнаруживать несколько газов одновременно”, — подчеркивает Александр Кастонгуэй, аспирант химического факультета и соавтор статьи.
Исследователи протестировали пять различных металлов и их комбинации, которые в настоящее время используются в датчиках. По словам Кастонге, точка контакта между различными оксидами металлов, называемая гетеропереходом, создает уникальную среду на границе раздела двух материалов, которая улучшает реакцию газовых сенсоров.
Команда обнаружила, что гетеропереход оксида меди и оксида цинка улучшает реакцию на тестируемые газы – этанол, ацетон, диоксид азота, аммиак и сероводород – в пять – 20 раз по сравнению с одним только оксидом меди.
