Các cảm biến ống nano carbon bền, chi phí thấp mới có thể được khắc bằng bút chì cơ học.
Ống nano carbon cung cấp một cách mới mạnh mẽ để phát hiện các khí độc hại trong môi trường. Tuy nhiên, các phương pháp thường được sử dụng để chế tạo cảm biến ống nano carbon là nguy hiểm và không phù hợp cho sản xuất quy mô lớn.
Các nhà hóa học MIT đã thiết kế một loại chì bút chì mới bao gồm các ống nano carbon, cho phép họ vẽ các cảm biến ống nano carbon lên các tờ giấy. Tín dụng hình ảnh: Jan Schnorr
Một phương pháp chế tạo mới được tạo ra bởi các nhà hóa học MIT - đơn giản như vẽ một đường trên một tờ giấy - có thể vượt qua trở ngại đó. MIT postdoc Kinda Mirica đã thiết kế một loại chì bút chì mới, trong đó than chì được thay thế bằng bột nén của ống nano carbon. Chì, có thể được sử dụng với một cây bút chì cơ học thông thường, có thể ghi cảm biến trên bất kỳ bề mặt giấy nào.
Cảm biến, được mô tả trong tạp chí Angewandte Chemie, phát hiện lượng khí amoniac ít phút, một mối nguy công nghiệp. Timothy Swager, Giáo sư Hóa học John D. MacArthur và lãnh đạo nhóm nghiên cứu, cho biết các cảm biến có thể được điều chỉnh để phát hiện gần như mọi loại khí.
Cái hay của cái này là chúng ta có thể bắt đầu làm tất cả các loại vật liệu có chức năng hóa học cụ thể, theo ông Swager nói. Cẩn trọng Chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi có thể tạo cảm biến cho hầu hết mọi thứ mà VÒ
Các tác giả khác của bài báo là sinh viên tốt nghiệp Jonathan Weis và postdocs Jan Schnorr và Birgit Esser.
Bút chì nó trong
Các ống nano carbon là các tấm nguyên tử carbon được cuộn thành hình trụ cho phép các electron chảy mà không gặp trở ngại. Những vật liệu như vậy đã được chứng minh là cảm biến hiệu quả cho nhiều loại khí, liên kết với các ống nano và cản trở dòng điện tử. Tuy nhiên, việc tạo ra các cảm biến này đòi hỏi các ống nano hòa tan trong một dung môi như dichlorobenzene, sử dụng một quá trình có thể nguy hiểm và không đáng tin cậy.
Swager và Mirica bắt đầu tạo ra một phương pháp chế tạo không dung môi dựa trên giấy. Lấy cảm hứng từ bút chì trên bàn làm việc, Mirica đã có ý tưởng nén các ống nano carbon thành một vật liệu giống như than chì có thể thay thế cho chì bút chì.
Để tạo ra các cảm biến sử dụng bút chì của họ, các nhà nghiên cứu vẽ một đường ống nano carbon trên một tờ giấy được nhúng bằng các điện cực nhỏ làm bằng vàng. Sau đó, họ áp dụng một dòng điện và đo dòng điện khi nó chảy qua dải ống nano carbon, hoạt động như một điện trở. Nếu dòng điện bị thay đổi, điều đó có nghĩa là khí đã liên kết với các ống nano carbon.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm thiết bị của họ trên một số loại giấy khác nhau và nhận thấy rằng phản hồi tốt nhất đi kèm với các cảm biến được vẽ trên giấy mịn hơn. Họ cũng nhận thấy rằng các cảm biến cho kết quả phù hợp ngay cả khi các dấu hiệu xuất hiện đồng phục.
Swager nói, hai ưu điểm chính của kỹ thuật này là không tốn kém và bút chì chì có thể rất ổn định, Swager nói. Bạn có thể tưởng tượng ra một công thức ổn định hơn. Các phân tử bất động, anh nói.
Cảm biến mới có thể chứng minh hữu ích cho nhiều ứng dụng, Zhenan Bao, phó giáo sư kỹ thuật hóa học tại Đại học Stanford, nói. Tôi có thể nghĩ ra nhiều cách mà kỹ thuật này có thể được mở rộng để chế tạo các thiết bị ống nano carbon, theo ông Bao, người không thuộc nhóm nghiên cứu. So với các kỹ thuật điển hình khác, chẳng hạn như sơn spin, nhúng nhúng hoặc in phun, tôi rất ấn tượng với khả năng tái tạo tốt của phản ứng cảm biến mà họ có thể có được.
Cảm biến cho bất kỳ khí
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu tập trung vào các ống nano carbon tinh khiết, nhưng họ hiện đang nghiên cứu thiết kế các cảm biến để phát hiện một loạt các loại khí. Tính chọn lọc có thể được thay đổi bằng cách thêm các nguyên tử kim loại vào các bức tường ống nano, hoặc bằng cách bọc các polyme hoặc các vật liệu khác xung quanh các ống.
Một loại khí mà các nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm là ethylene, sẽ hữu ích cho việc theo dõi độ chín của trái cây khi nó được vận chuyển và lưu trữ. Nhóm nghiên cứu cũng đang theo đuổi các cảm biến cho các hợp chất lưu huỳnh, có thể chứng minh hữu ích cho việc phát hiện rò rỉ khí tự nhiên.
Thông qua MIT Tin tức