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  • Sensor innovador que detecta moléculas de forma específica y precisa

    La unidad del sensor consiste en un transistor de efecto de campo de grafeno en el que se hace crecer una estructura organometálica montada en la superficie. Crédito:Sandeep Kumar, EQUIPO

    Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) y la Universidad Técnica de Darmstadt han desarrollado un sensor novedoso para moléculas de gas mediante la combinación de un transistor de grafeno con un recubrimiento orgánico metálico personalizado. El sensor innovador detecta moléculas de forma específica y precisa y representa el prototipo de una clase de sensores completamente nueva. El sensor de etanol desarrollado no responde a otros alcoholes ni a la humedad. Los resultados se informan en Materiales avanzados .

    Los sensores están omnipresentes en vehículos o teléfonos inteligentes, laboratorios de investigación e instalaciones industriales. Captan determinadas propiedades físicas o químicas, como la presión, cepa, o moléculas de gas, y transmitir los datos para su procesamiento. Mayor desarrollo de sensores, por eso, es de importancia decisiva para el progreso tecnológico. Los sensores se caracterizan por su selectividad, es decir, su capacidad para detectar una determinada propiedad en presencia de otra, propiedades potencialmente interferentes, así como por su sensibilidad, es decir, su capacidad para medir incluso valores bajos.

    Investigadores de KIT y la Universidad Técnica de Darmstadt han logrado desarrollar un nuevo tipo de sensor para moléculas en fase gaseosa. Los científicos informan en Materiales avanzados que el principio de funcionamiento de esta nueva clase de sensores se basa en la combinación de transistores de grafeno sensibles con recubrimientos organometálicos personalizados. Esta combinación permite la detección selectiva de moléculas. Como prototipo, los autores presentan un sensor de etanol específico. Al contrario de los sensores disponibles comercialmente, no responde ni a los alcoholes ni a la humedad.

    El grafeno es una modificación del carbono con una estructura bidimensional. Por naturaleza, es muy sensible a las moléculas extrañas que se adhieren a la superficie. "Sin embargo, el grafeno no exhibe ninguna interacción específica de molécula que sea necesaria para su uso como sensor, ", Dice Ralph Krupke. Krupke es profesor en el Instituto de Nanotecnología (INT) de KIT y en el Instituto de Ciencia de Materiales de TU Darmstadt. Junto con el profesor Wolfgang Wenzel (también INT) y el profesor Christof Wöll, quien dirige el Instituto de Interfaces Funcionales (IFG) de KIT, dirigió el estudio. El primer autor es Sundeep Kumar, quien realiza investigaciones en el laboratorio de Ralph Krupke en KIT y trabaja en su doctorado en el área de nanoestructuras moleculares en el Instituto de Ciencia de Materiales de TU Darmstadt. "Para alcanzar la selectividad requerida, hemos hecho crecer una estructura organometálica en la superficie, "Explica Krupke.

    Los sensores se pueden ajustar con precisión

    Los marcos metalorgánicos (MOF) consisten en nodos metálicos y moléculas orgánicas como bielas. Al elegir varias combinaciones, Estos materiales cristalinos altamente porosos se pueden adaptar a diferentes aplicaciones para alcanzar una capacidad de absorción selectiva para ciertas moléculas. por ejemplo. Los investigadores de Karlsruhe y Darmstadt presentaron una plataforma de sensor selectiva mediante el crecimiento de un marco metal-orgánico montado en la superficie (SURMOF) directamente en un transistor de efecto de campo de grafeno (GFET). Este componente se beneficia de la alta sensibilidad y la lectura simple de un GFET, así como de la alta selectividad de un SURMOF.

    "La combinación de las propiedades electrónicas únicas del grafeno con la alta variabilidad química de los MOF abre un gran potencial, ", Dice Christof Wöll. Como se pueden producir varios tipos de SURMOF y los diseños químicos de la interfaz entre GFET y SURMOF pueden variar, El trabajo de los investigadores abre una clase completamente nueva de sensores con una selectividad y sensibilidad específicamente ajustadas. "Aquí, la simulación ayuda, "Wolfgang Wenzel dice:"ya que podemos crear muchos MOF en la computadora sin tener que sintetizarlos".


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