Este es un esquema de un sensor de vapor fabricado a partir de una única monocapa de MoS2. La conductividad del canal MoS2 cambia a medida que tipos específicos de moléculas de vapor interactúan brevemente con la superficie. Las moléculas de trietilamina se muestran como una sustancia química asociada con agentes de gas nervioso de la serie V. Crédito:Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU.
(Phys.org) —Los científicos del Laboratorio de Investigación Naval han desarrollado un sensor de vapor basado en nuevos materiales monocapa que muestran un gran potencial para futuros dispositivos electrónicos a nanoescala.
Los científicos de NRL han fabricado este sensor utilizando una única monocapa de disulfuro de molibdeno (MoS 2 ) en una oblea de dióxido de silicio. Demuestran que funciona eficazmente como sensor de vapor químico, exhibiendo reactividad altamente selectiva a una variedad de analitos, y proporcionar transducción sensible de eventos transitorios de fisisorción de superficie a la conductancia del canal monocapa. La alta relación superficie-volumen de estos nuevos materiales bidimensionales es un activo importante para las aplicaciones de sensores de vapor; estos materiales deben mostrar una respuesta rápida y selectiva a una variedad de analitos (determinada por el carácter de los sitios atómicos de la superficie), transducción sensible de la perturbación a la resistencia eléctrica del canal, y rápida recuperación tras la eliminación del vapor. Un informe completo de este trabajo se publica en la revista. Nano letras .
Se ha trabajado mucho anteriormente en el desarrollo de nanotubos de carbono como sensores. Los nanotubos de carbono responden muy bien, pero no tan selectivos como deben ser a menos que estén funcionalizados químicamente, lo que agrega complejidad y gastos al proceso de fabricación. Los investigadores también han analizado el grafeno, una sola capa de átomos de carbono en una red de panal, como sensor de vapor. Sin embargo, el grafeno muestra una respuesta relativamente débil a los diversos analitos y no es muy selectivo. También responde al vapor de agua, lo que lo hace menos deseable como sensor, ya que el vapor de agua se encuentra en todas partes. El Dr. Berry Jonker de NRL señala:"No sabes si está detectando vapor de agua o gas nervioso. ¿Debería correr porque la humedad es alta? ¿O porque ha habido una liberación de sarín? " 2 Los sensores desarrollados en NRL ofrecen un potencial excelente porque son muy sensibles y altamente selectivos.
El equipo de investigación de NRL probó su MoS bidimensional 2 sensores exponiéndolos a una variedad de vapores de analitos que incluyen solventes y químicos industriales comunes, así como subproductos, Simuladores o precursores de explosivos y agentes nerviosos. Su objetivo era ver cómo la exposición a estos analitos afectaba la capacidad del sensor para conducir la carga eléctrica. Descubrieron que la presencia de algunos analitos específicos cambiaba significativamente la conductividad del MoS 2 canal. La interacción es transitoria, El Dr. Jonker explica:la molécula no se adhiere permanentemente a la superficie, pero reside o interactúa brevemente con la superficie para cambiar la conductividad del canal, como se ilustra en la figura. La sustancia se une muy débilmente a través de un proceso llamado fisisorción. A medida que cambia la concentración en el aire, también lo hace la cantidad en la superficie, y la conductividad cambia en consecuencia. Esto puede resultar útil para localizar la fuente de un vapor.
En particular, el MoS 2 el sensor es sensible a la trietilamina (TEA), una sustancia química asociada con los agentes gaseosos nerviosos de la serie V. Pero el sensor desarrollado por NRL no responde a una gran cantidad de productos químicos comunes no dañinos que de otro modo darían muchas falsas alarmas.
El equipo de investigación de NRL también ha observado que la polaridad de la monocapa MoS 2 La respuesta del sensor es típicamente opuesta a la de un sensor de nanotubos de carbono. Presentan un modelo para la interacción analito / sensor en el que el analito sirve como donante o aceptor de electrones, produciendo una perturbación de carga temporal del material del sensor. Entonces, si los dos tipos de sensores se usaran en combinación, entonces el nivel de confianza de la lectura podría incrementarse significativamente. Oficiales de seguridad o combatientes que utilizan un sensor que combina los dos (nanotubos de carbono y MoS 2 ) podría funcionar con mayor confianza en que el sensor realmente detecta un analito determinado, como TEA, en lugar de otra cosa.
Otros materiales monocapa 2D (MoSe 2 , TaS 2 , WSe 2 , NbSe 2 , MgB 2 , BN, etc.) es probable que ofrezcan sensibilidades complementarias debido a la diferente composición química y unión. El equipo de investigación de NRL prevé el desarrollo de conjuntos de estos sensores de material 2D y nanotubos de carbono con responsabilidades complementarias, integrado con amplificadores de transistores fabricados con los mismos materiales, permitiendo la identificación inequívoca de una amplia gama de analitos en un paquete muy compacto y de baja potencia.
