_ Scrierea cu laser poate activa „Nazul electronic” pentru senzorul cu mai multe gaze

Senzorii de mediu sunt un pas mai aproape de a detecta simultan mai multe gaze care ar putea indica boală sau poluare, datorită unei colaborări Penn State. Huanyu „Larry” Cheng, profesor asistent de științe inginerești și mecanică la Colegiul de Inginerie, și Lauren Zarzar, profesor asistent de chimie la Eberly College of Science, și echipele lor au combinat scrierea cu laser și tehnologiile cu senzori receptivi pentru a fabrica prima microscală extrem de personalizabilă dispozitive de detectare a gazelor.

Au publicat tehnica lor luna aceasta în ACS Applied Materials & Interfaces.

„Detecția gazelor este de o importanță critică pentru diferite domenii, inclusiv monitorizarea poluării, siguranța publică. asigurare și îngrijire personală a sănătății”, a spus Cheng. „Pentru a satisface aceste nevoi, dispozitivele de detectare trebuie să fie mici, ușoare, ieftine și ușor de utilizat și de aplicat pe diferite medii și substraturi, cum ar fi îmbrăcăminte sau conducte.”

Potrivit lui Cheng, provocarea este crearea de dispozitive. cu proprietățile dorite care încă pot fi adaptate cu infrastructura necesară pentru detectarea precisă și precisă a diferitelor gaze țintă în același timp. Aici intervine expertiza lui Zarzar în scrierea cu laser.

„Tehnicile de scriere cu laser oferă libertate de proiectare într-o gamă largă de domenii”, a spus Zarzar. „Extinderea înțelegerii noastre despre modul în care putem sintetiza, modela și integra în mod direct materiale noi – în special nanomateriale și compozite nanomateriale – în sisteme complexe ne va permite să creăm tehnologii de detectare din ce în ce mai sofisticate și mai utile.”

Grupul ei de cercetare a dezvoltat. procesul voxel termic indus de laser, care permite crearea și integrarea simultană a oxizilor metalici direct în platformele senzorilor. Oxizii metalici sunt materiale care reacționează la diverși compuși, declanșând mecanismul de detectare. Cu scrierea cu laser, cercetătorii dizolvă sărurile metalice în apă, apoi concentrează laserul în soluție. Temperatura ridicată descompune soluția, lăsând în urmă nanoparticule de oxid de metal care pot fi sinterizate pe platforma senzorului.

Procesul eficientizează metodele anterioare, care necesitau o mască predefinită a modelului planificat. Orice modificări sau ajustări au necesitat crearea unei noi măști – costă timp și bani. Scrierea cu laser este „fără mască”, potrivit lui Zarzar, și, atunci când este combinată cu procesul voxel termic, permite repetarea și testarea rapidă a mai multor modele sau materiale pentru a găsi cele mai eficiente combinații.

„Precise”. modelarea este, de asemenea, o componentă necesară pentru crearea de „nasuri electronice” sau rețele de senzori care acționează ca un nas și pot detecta cu precizie mai multe gaze în același timp”, a spus Alexander Castonguay, student absolvent în chimie și co-primul autor al lucrării. hârtia. „O astfel de detecție precisă necesită modelarea diferitelor materiale în imediata apropiere, la cea mai subțire microscara. Puține tehnici de modelare au rezoluția pentru a face acest lucru, dar abordarea detaliată în acest studiu o face. Intenționăm să folosim tehnicile și materialele descrise aici pentru a dezvolta prototipuri electronice de nas.”

Cercetătorii au testat cinci metale și combinații diferite de metale utilizate în prezent în senzori. Potrivit lui Castonguay, punctul în care diferiți oxizi de metal se ating, numit heterojuncție, cultivă un mediu unic la interfața celor două materiale care îmbunătățește răspunsul senzorilor de gaz. Echipa a descoperit că o heterojuncție de oxid de cupru și oxid de zinc are un răspuns îmbunătățit de cinci până la 20 de ori la gazele testate - etanol, acetonă, dioxid de azot, amoniac și hidrogen sulfurat - în comparație doar cu oxidul de cupru.

„Această constatare susține alte rapoarte din literatura științifică conform căreia crearea de sisteme de oxizi mixți poate duce la creșteri semnificative ale răspunsului senzorului și demonstrează eficacitatea tehnicii voxelului termic indus de laser pentru senzorul de gaz cu oxizi mixți. fabricație”, a spus Castonguay. „Sperăm că, punând în comun cunoștințele de scriere cu laser ale grupului Zarzar cu expertiza în senzori portabili a grupului Cheng, vom putea să ne extindem capacitățile de a crea senzori noi, personalizabili.”

(Fluierul)