Газовый наносенсор на основе проводящего полимера
Исследователями из Национального Института Стандартов и Технологий США (NIST) был сконструирован новый наносенсор на основе проводящих полимерных пленок, который может улавливать газообразные химические соединения.
Их работа была описана в выпуске журнала Американского Химического Общества от 6 апреля. Благодаря нанопорам, расположенных на полимерной пленке, сенсор детектирует очень малые концентрации газообразных химических соединений.
Также устройство можно легко изготовить с помощью уже существующих технологий производства полимерных пленок.
На цветных микрофотографиях, полученных со сканирующего электронного микроскопа (СТМ), видны основные элементы сенсора: микронагревательный элемент (слева) и расположение на сенсор губчатого полианилинового покрытия, захватывающего молекулы газов (справа).
Но, в первую очередь, создание газового наносенсора обязано электропроводящим полимерам. Они обладают электрическими и оптическими свойствами, близкими к свойствам металлов и полупроводников. Но в отличие от металлов, их легче синтезировать, они дешевле, и, что самое интересное - могут изгибаться. Благодаря этим уникальным свойствам, электропроводные гибкие полимеры сегодня объект пристального внимания со стороны мировой микроэлектронной индустрии.
Полианилин, например, один из представителей класса электропроводящих полимеров. Он может использоваться во многих электронных интегральных схемах. Однако его трудно обрабатывать, так как он плохо растворяется в большинстве традиционных растворителей. Исследователи из NIST'а решили эту проблему, поместив наночастицы полианилина в слабый раствор растворителя.
"Прелесть этого метода в том", говорит Гуофенг Ли, один из ученых, работающих над газовым наносенсором, - "в том, что цепи полимера анилина несут естественный положительный заряд. Как только мы синтезировали наночастицы, они не слипаются друг с другом, так как несут одинаковый заряд, и силы электростатики действуют на них отталкивающе. Более того, этими положительно заряженными наночастицами можно манипулировать, применив к раствору электрическое поле определенного шаблона, для того, чтобы получить структуру необходимой конфигурации."
В течение процесса синтеза с помощью метода, предложенного исследователями из NIST'а, был получен наногубчатый полианилин, который способен эффективно захватывать молекулы газов. Далее, исследователи продемонстрировали, как можно с помощью этого полимера детектировать спирт или водяной пар. Для того, чтобы перенастроить сенсор на другие газы (токсичные, например), исследователям необходимо провести ряд дополнительных изысканий.
Фотографии двух наносенсоров, изготовленных исследователями из NIST. Каждое устройство 100 микрон в длину . Слева микронагреватель покрыт проводящим полимером полианилином (зеленого цвета), а справа - такой же нагреватель без покрытия.
Ученые из NIST запатентовали полученный наносенсор и принцип его производства. Принцип действия наносенсора довольно прост: микронагреватель постепенно нагревает нанопористый полианилин, сопротивление которого зависит от того типа молекул, которые в нем находятся. По изменениям электрического тока, протекающего через наносенсор, ученые узнают, на какой газ он среагировал.
Источник:
1. EurekAlert: New gas sensors patterned with conducting polymer
|
