¿Qué es un nanosensor?

La nanotecnología es una ciencia y tecnología que estudia los patrones de movimiento y las interacciones de sistemas materiales con un tamaño de 01 ~ 100 nm, así como los problemas técnicos que pueden surgir en aplicaciones prácticas. El desarrollo de la nanotecnología no sólo proporciona excelentes materiales sensibles para sensores, como nanopartículas, nanotubos, nanocables, nanopelículas, etc. , también proporciona muchos métodos nuevos para la fabricación de sensores, como STM, una tecnología clave en nanotecnología, y la tecnología MEMS, cuyos objetos de investigación están en transición a la nanoescala. En comparación con los sensores tradicionales, el rendimiento de los nanosensores ha mejorado enormemente, como por ejemplo un tamaño reducido y una precisión mejorada. Más importante aún, los sensores fabricados con nanotecnología son a escala atómica, lo que enriquece enormemente la teoría de los sensores, mejora el nivel de fabricación de los sensores y amplía los campos de aplicación de los sensores. Los nanosensores se han desarrollado ampliamente en biología, química, maquinaria, aviación, ejército y otros campos. Hunan Changsha Thorpe Measurement and Control Technology Co., Ltd. ha desarrollado con éxito un sensor de nanopresión de tipo de tensión de resistencia. Este tipo de sensor de presión de nanopelícula de tipo tensión de resistencia tiene alta precisión de medición, alta sensibilidad, tamaño pequeño, peso liviano y fácil instalación y mantenimiento. Es un producto de innovación científica y tecnológica estable y confiable para medir parámetros de presión. Utilizando el efecto de magnetorresistencia gigante de algunos nanomateriales, los científicos han desarrollado varios sensores nanomagnéticos [2]. En biosensores, las nanopartículas, las nanoestructuras porosas y los nanodispositivos han encontrado aplicaciones satisfactorias [3]. Los biosensores de nanofibras desarrollados sobre la base de sensores de fibra óptica no solo tienen las ventajas de los sensores de fibra óptica, sino que también reducen en gran medida el tamaño de los sensores de micras, acortan el tiempo de respuesta y cumplen con los requisitos de medición dinámica en tiempo real mínimamente invasiva en células individuales. [4] .

2 Estado actual de la investigación sobre sensores de nanogas

Con las necesidades urgentes de la producción industrial y la detección ambiental, los sensores de nanogas han logrado grandes avances. Las nanopartículas semiconductoras de óxido metálico de dimensión cero, los nanotubos de carbono y las nanopelículas bidimensionales se pueden utilizar como materiales sensibles para formar sensores de gas. Esto se debe a que los sensores de nanogas tienen ventajas irremplazables sobre los sensores convencionales: en primer lugar, los materiales nanosólidos tienen una interfaz enorme y proporcionan una gran cantidad de canales de gas, lo que mejora en gran medida la sensibilidad, en segundo lugar, la temperatura de funcionamiento se reduce considerablemente; El tamaño del sensor se reduce considerablemente [5].

2.1 Nanosensor de gas basado en nanopartículas semiconductoras de óxido metálico

En la investigación de sensores de gas, una de las direcciones principales es cambiar los materiales sensibles (como SnO2, ZnO, TiO2). , Fe2O3 representado por sensores de gas semiconductores de óxido metálico) en el entorno de gas para producir sensores de gas. Los sensores de gas que se utilizan actualmente en la práctica utilizan películas de dióxido de nanoestaño, que se utilizan como alarmas de fugas de gas combustible y sensores de humedad. Agregar nanopartículas de metales preciosos (como Pt, Pd) a estos materiales nanosensibles mejora en gran medida la selectividad, mejora la sensibilidad y reduce la temperatura de funcionamiento. El grado específico de mejora en su rendimiento está relacionado con el tamaño de partícula, el estado químico y la distribución de las nanopartículas de metales preciosos. ¿Wang Yuan et al. [6] de la Universidad de Pekín hicieron un TiO 2/PTO? La nanopelícula de Pt de doble capa se utiliza como material sensible como sensor de gas para detectar hidrógeno. El método de preparación del material sensible es el siguiente: primero se cubre un sustrato de vidrio con una película continua porosa de superficie oxidada compuesta de nanopartículas de Pt, donde el diámetro de las nanopartículas de Pt es de aproximadamente 1?3 nm y el espesor de la película es de aproximadamente 100 nm. ¿Y luego en PtO? La película de Pt está cubierta por una película de TiO2, en la que el diámetro de las nanopartículas de TiO2 oscila entre 3? La membrana porosa de Pt sirve como catalizador, lo que permite que la nanomembrana de TiO2_2 reduzca parcialmente el hidrógeno, lo que permite que el sensor muestre una alta sensibilidad y selectividad al hidrógeno en el aire, incluso en presencia de gases reductores como CO, NH3 y CH4. lo que mejora significativamente en comparación con los sensores anteriores basados ​​en titanio para detectar hidrógeno. Raül Dìaz et al. [7] depositaron Pt en la superficie de nanopartículas de SnO2 mediante deposición metálica no electrolítica. Los resultados muestran que este método ayuda a mejorar el rendimiento de los catalizadores sensibles a los gases. Como los dos principales aditivos de metales nobles, el platino y el paladio interactúan de manera diferente con el sustrato. El Pd tiende a estar incrustado en partículas de nano-SnO2, mientras que el Pt tiende a formar grandes grupos de partículas metálicas. En comparación con los métodos tradicionales, los diferentes estados químicos de los catalizadores formados por recubrimiento no electrolítico proporcionan un nuevo método para estudiar el impacto de los catalizadores en los mecanismos de detección de gases.

2.2 Utilizar nanotubos de carbono de pared simple para fabricar sensores de gas

Los nanotubos de carbono tienen ciertas propiedades de adsorción. Debido a la interacción entre las moléculas de gas adsorbidas y los nanotubos de carbono, los cambios en el nivel de Fermi provocan grandes cambios en su resistencia macroscópica. Al detectar cambios en su resistencia eléctrica, se puede detectar la composición del gas, por lo que se pueden utilizar nanotubos de carbono de pared simple como sensores de gas.

J.kong et al. [8] utilizaron deposición química de vapor para dispersar el catalizador y preparar nanotubos de carbono de pared simple sobre un sustrato de SiO_2/Si, como se muestra en la Figura 1(a). ¿Dos metales utilizados para conectar una S? ¿Cuándo se formó el metal SWNT? SWNT//Estructura metálica, que muestra las características de los transistores tipo P. ¿Qué es la prueba de detección de gases? Coloque la muestra SWNT en una botella de vidrio sellada de 500 ml, conéctela con un cable eléctrico, NO2 ((2 ~ 200) × 10-6) o NH3 (0? 1% ~ 1%), y el caudal es de 700 ml. /min. ¿Pruebas? La resistencia del SWNT cambia y las curvas I/V resultantes se muestran en las Figuras 1(b) y (c). En una atmósfera de NH3, su conductancia se puede reducir en dos órdenes de magnitud, mientras que en una atmósfera de NO2 se puede aumentar en tres órdenes de magnitud. Su mecanismo de funcionamiento es que cuando el nanotubo de carbono semiconductor de pared simple se coloca en una atmósfera de NH3, la banda de valencia se desvía del nivel de Fermi, lo que resulta en pérdida de huecos y conductancia reducida. En la atmósfera de NO2, la banda de valencia está cerca del nivel de Fermi, lo que resulta en un aumento de los portadores de huecos y un aumento de su conductividad.

¿Por el metal? SWNT//La estructura metálica es similar a un transistor de efecto de campo con orificios como portadores principales, por lo que cuando el voltaje fuente-drenaje es constante, la corriente disminuye a medida que aumenta el voltaje de la compuerta (Figura 2). En la Figura 2, la curva B es la curva de relación voltaje-corriente de la compuerta sin gas, y las curvas de relación voltaje-corriente de la compuerta de las curvas A y C se midieron en atmósferas de NH3 y NO2 respectivamente. Cuando no se introduce gas, la corriente es de 1-5 μA cuando el voltaje de la puerta es de 0 V. Si se introduce en la atmósfera junto con NH3, la corriente llega a ser casi 0 A. Luego, si medimos gas NH3, establecemos el voltaje de compuerta inicial en 0 V y la conductancia de la muestra disminuirá en dos órdenes de magnitud. Si se está midiendo gas NO2, primero ajuste el voltaje de la puerta a +4 V y la corriente será casi cero antes de introducir gas NO2. Después de introducir gas NO2, la corriente aumenta considerablemente y su conductancia aumenta en tres órdenes de magnitud. Esto permite que el sensor sea selectivo en entornos de gas complejos.