Los sensores de gas ultrasensibles basados ​​en la infusión de átomos de boro en el grafeno, una matriz de átomos de carbono fuertemente unida, pronto serán posibles. según un equipo internacional de investigadores de seis países.

El grafeno es conocido por su notable fuerza y ​​capacidad para transportar electrones a alta velocidad, pero también es un sensor de gas muy sensible. Con la adición de átomos de boro, los sensores de boro grafeno pudieron detectar moléculas de gas nocivas en concentraciones extremadamente bajas, partes por mil millones en el caso de los óxidos de nitrógeno y partes por millón en el caso de amoníaco, los dos gases probados hasta la fecha. Esto se traduce en una sensibilidad 27 veces mayor a los óxidos de nitrógeno y 10, 000 veces mayor sensibilidad al amoníaco en comparación con el grafeno prístino. Los investigadores creen que estos resultados, informó hoy (2 de noviembre) en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , abrirá un camino hacia sensores de alto rendimiento que pueden detectar trazas de muchas otras moléculas.

"Este es un proyecto que hemos estado llevando a cabo durante los últimos cuatro años, "dijo Mauricio Terrones, profesor de física, química y ciencia de los materiales en Penn State. "Anteriormente pudimos dopar grafeno con átomos de nitrógeno, pero el boro resultó ser mucho más difícil. Una vez que pudimos sintetizar lo que creíamos que era boro grafeno, colaboramos con expertos en los Estados Unidos y en todo el mundo para confirmar nuestra investigación y probar las propiedades de nuestro material ".

Tanto el boro como el nitrógeno se encuentran junto al carbono en la tabla periódica, haciendo factible su sustitución. Pero los compuestos de boro son muy sensibles al aire y se descomponen rápidamente cuando se exponen a la atmósfera. Se sintetizaron láminas de un centímetro cuadrado en Penn State en un sistema de deposición de vapor químico asistido por burbujeador único en su tipo. El resultado fue un área grande, láminas de grafeno dopado con boro de alta calidad.

Una vez fabricado, los investigadores enviaron muestras de boro grafeno a los investigadores del Honda Research Institute USA Inc., Colón, Ohio, que probaron las muestras con sus propios sensores de gas altamente sensibles. El laboratorio de Konstantin Novoselov en la Universidad de Manchester, REINO UNIDO, estudió el mecanismo de transporte de los sensores. Novoselov fue el premio Nobel de física de 2010. Los colaboradores de Theory en los EE. UU. Y Bélgica emparejaron las imágenes de microscopía de túnel de barrido con imágenes experimentales, confirmaron la presencia de átomos de boro en la red de grafeno y su efecto al interactuar con moléculas de amoniaco u óxido de nitrógeno. Colaboradores en Japón y China también contribuyeron a la investigación.

"Esta investigación multidisciplinaria allana una nueva vía para una mayor exploración de los sensores de gas ultrasensibles, "dijo Avetik Harutyunyan, científico en jefe y líder del proyecto en Honda Research Institute USA Inc. "Nuestro enfoque combina nanomateriales novedosos con radiación de luz ultravioleta continua en el diseño del sensor que ha sido desarrollado en nuestro laboratorio por el investigador principal, el Dr. Gugang Chen, en los últimos cinco años. Creemos que un mayor desarrollo de esta tecnología puede romper el nivel de partes por cuatrillón del límite de detección, que es hasta seis órdenes de magnitud mejor que la sensibilidad de los sensores actuales ".

Estos sensores se pueden usar para laboratorios e industrias que usan amoníaco, un peligro para la salud altamente corrosivo, o para detectar óxidos de nitrógeno, un contaminante atmosférico peligroso emitido por los tubos de escape de los automóviles. Además de detectar gases tóxicos o inflamables, El trabajo teórico indica que el grafeno dopado con boro podría conducir a baterías de iones de litio mejoradas y transistores de efecto de campo. los autores informan.