Группа исследователей из института IMDEA Nanociencia и Università Cattolica del Sacro Cuore представила новый класс газовых датчиков, основанных на функционализированных углеродных нанотрубках MINT. Эти датчики обеспечивают беспрецедентную точность в обнаружении и различении летучих органических соединений.
Электронный нос нового поколения
«Электронный нос» состоит из специально подобранного массива хемирезисторов для обнаружения таких газов, как аммиак, диоксид азота или пары ацетона, при комнатной температуре. Это открывает путь для создания маломощных устройств для мониторинга окружающей среды и носимых диагностических устройств для анализа дыхания. Результаты опубликованы в Journal of the American Chemical Society.
Углеродные нанотрубки с одностенной структурой являются идеальными материалами для сенсоров благодаря своей высокой площади поверхности, но их чувствительность долгое время сочеталась с низкой селективностью. Чтобы решить эту проблему, исследователи «одели» углеродные нанотрубки в кольцевые молекулы, улучшив их способность различать химические соединения.
Механически сцепленные углеродные нанотрубки (MINT)
Эти производные углеродных нанотрубок, известные как Mechanically Interlocked Carbon Nanotubes (MINTs), позволяют вводить химические функциональные возможности в углеродные нанотрубки без изменения их внутренней структуры.
Хемирезисторы на основе MINT значительно лучше реагировали на целевые газы, включая NH₃, EtOH, IPA, бензол, NO₂, ацетон и NaClO, чем немодифицированные углеродные нанотрубки, даже при низких концентрациях (10–200 ppm). Исследователи доказали, что их предел обнаружения составляет менее десятков частей на миллиард (ppb).
Собранные в массив, эти датчики ведут себя как искусственная обонятельная система, способная выборочно идентифицировать конкретные аналиты, несмотря на наличие потенциальных помех. Например, аммиак был успешно отделён от ряда других паров. Один оптимизированный слой сенсора показал в 10 раз более высокую чувствительность и более быстрое время отклика за счёт уменьшения толщины плёнки.
Новое слово в создании электронных носов
Исследование представляет собой доказательство концепции электронного носа, которое не только демонстрирует возможности сенсоров на основе MINT для обнаружения сложных газов, но и подчёркивает их настраиваемость. Благодаря синтетическому контролю над структурой сцепленных молекул исследователи могут точно настраивать свойства сенсора, открывая новые горизонты в разработке умных, селективных и масштабируемых электронных носов.
Предоставлено: [IMDEA Nanociencia](https://phys.org/partners/imdea-nanociencia/)