Crédito: Sensores ACS (2020). DOI:10.1021 / acssensors.9b02318
Un dispositivo detector integrado podría constituir la base de una red distribuida de sensores de calidad del aire.
El diseño de un sensor electrónico que hace sonar la alarma si los gases tóxicos industriales y de escape de vehículos exceden los niveles seguros podría conducir a un aire más limpio en muchas ciudades. Los investigadores de KAUST han desarrollado un pequeño Dispositivo de bajo costo que detecta dióxido de nitrógeno (NO 2 ); podría implementarse en posibles puntos críticos alrededor de las ciudades, alertando a las autoridades si los niveles del gas nocivo comienzan a aumentar.
La mayoría de los NO existentes 2 los detectores son grandes, máquinas complejas adecuadas para uso en laboratorio, mientras que el nuevo dispositivo compacto está diseñado para formar parte de una red distribuida de sensores de calidad del aire. "Nuestro sensor exhibe una sensibilidad y selectividad muy altas para NO 2 , funciona a temperatura ambiente y tiene un consumo de energía muy bajo, "dice Mani Vijjapu, un doctorado estudiante en el laboratorio de Khaled Salama, quien dirigió la investigación.
Sin embargo, la mayor ventaja sobre los diseños anteriores es que el detector de gas reúne todos los componentes necesarios de detección y procesamiento de señales en un simple, sistema totalmente integrado, Dice Vijjapu. A pesar de su sencillez, la señal de salida del dispositivo varía según NO 2 concentración.
El alto rendimiento del detector de gas, el bajo consumo de energía y el diseño totalmente integrado provienen del NO 2 -transistor de película delgada de detección en el núcleo del dispositivo. Los sensores anteriores han utilizado óxidos metálicos que son sensibles al NO 2 sólo cuando se calienta o se irradia continuamente con luz. Esta vez, el equipo utilizó un semiconductor llamado óxido de zinc, galio y indio (IGZO). "Como sensor de gas, el transistor de película delgada basado en IGZO tiene beneficios multifacéticos, "dice Sandeep Surya, investigador postdoctoral en el equipo de Salama.
El transistor de película delgada IGZO actúa como un componente electrónico del dispositivo y también como el NO 2 -capa de detección. El NO fuertemente aceptante de electrones 2 La molécula se atrae a los electrones en la superficie del transistor. Cuanto más NO 2 moléculas que se adhieren al IGZO, cuantos más electrones se agotan de su superficie, alterando su salida electrónica y activando un NO 2 alerta de detección.
Después de un evento de detección, el sensor se reinicia reactivando la capa IGZO con la luz de un LED azul integrado. Similar a una celda solar, la luz genera electrones cargados negativamente y agujeros cargados positivamente en el IGZO, que neutraliza el NO adsorbido 2 y lo libera de la superficie. "Este es el primer estudio que logra la detección y la reactivación de un sensor de transistor de película delgada basado en óxido metálico semiconductor a temperatura ambiente, "dice Surya.
"El siguiente paso es traducir nuestra investigación en un prototipo y tal vez incluso en un producto trabajando con la industria, ", Dice Salama." También estamos interesados en explorar otros materiales para detectar otros gases peligrosos en el medio ambiente ".
