Los investigadores del Instituto Indio de Ciencias (IISc) han desarrollado una nanosensor de bajo costo que puede detectar rápidamente cambios mínimos en los niveles de monóxido de carbono (CO), con aplicaciones potenciales en el monitoreo de la contaminación ambiental.

El equipo utilizó una técnica de fabricación novedosa que omite la litografía, un proceso costoso y que requiere mucho tiempo, para construir una nanoestructura en forma de panal compuesta de óxido de zinc. El sensor pudo detectar una diferencia en el nivel de CO tan bajo como 500 partes por mil millones y responder selectivamente al CO incluso en presencia de otros gases. La técnica sin litografía también reduce significativamente el tiempo y el costo involucrados en la fabricación de sensores de gas nanoestructurados.

El estudio fue realizado por Chandra Shekhar Prajapati, becario postdoctoral, y Navakanta Bhat, Presidente y profesor, Centro de Nano Ciencia e Ingeniería (CeNSE), IISc, junto con investigadores del KTH Royal Institute of Technology, Suecia.

"El tamaño del sensor en sí es inferior a 1 mm, "dice Bhat." Si lo combinas con el resto de la electrónica de procesamiento de señales y una pequeña pantalla, no puede ser más de un par de cm. Esto se puede integrar con un teléfono celular o un pequeño dispositivo en cada señal de tráfico que puede transmitir los datos a su teléfono celular a través de Bluetooth ".

Los sensores de CO micromecanizados convencionales tienen una capa plana de óxido de zinc, un semiconductor de óxido de metal, a través del cual fluye la corriente. Cuando se expone al CO, la resistencia de la capa cambia, afectando la cantidad de corriente que fluye a través. Cuánto cambia la resistencia se puede asignar a la cantidad de CO que hay.

La creación de nanoestructuras sobre óxido de zinc plano mejora la sensibilidad, a medida que aumenta el área disponible para la interacción de los gases. Sin embargo, fabricar estos nanosensores mediante la litografía tradicional, un proceso que requiere mucho tiempo El proceso de varios pasos en el que las plantillas de óxido de metal se graban en un material sensible a la luz, requiere un equipo sofisticado.

En lugar de, los investigadores utilizaron pequeñas perlas de poliestireno que se organizan en una capa muy compacta cuando se extienden sobre una superficie de silicio oxidado. Cuando se agrega óxido de zinc, se asienta en los huecos hexagonales entre las cuentas. Cuando las cuentas se "quitan, "lo que queda es un panal tridimensional de óxido de zinc, con un área de superficie mucho más grande disponible para la interacción del gas que una placa plana.

La técnica podría costar significativamente menos que los métodos basados ​​en la litografía, dicen los investigadores. "Puede comprar un paquete de estas perlas de poliestireno del tamaño de una micra en el mercado por Rs. 4000-5000, que se puede utilizar para crear nanoestructuras en miles de sensores. Esto da como resultado una reducción significativa de costos en comparación con las técnicas tradicionales basadas en la litografía para formar tales panales, "dice Prajapati. Además, el proceso solo toma unos minutos, mientras que los métodos de varios pasos basados ​​en litografía pueden tardar algunas horas, él añade.

Para aplicaciones medioambientales, Los sensores de gas deben ser altamente sensibles (detectan niveles muy bajos) y selectivos (detectan un gas específico en presencia de otros gases). Los investigadores desarrollaron sensores con diferentes anchos de pared en forma de panal, y descubrió que el que tenía el ancho más pequeño (~ 100 nm) podía detectar un cambio de incluso 500 partes por mil millones en la concentración de CO. Cuando se prueba con una mezcla de gases, el sensor también mostró una respuesta claramente mayor para el CO.

El método a base de poliestireno se puede utilizar para desarrollar nanoestructuras de panal similares para otros óxidos metálicos para detectar otros gases, dicen los investigadores. "Lo que tenemos es una plataforma genérica. Puede hacer la misma nanoestructuración para diferentes sensores semiconductores de óxido metálico, "dice Bhat.

Bhat y su equipo han estado trabajando en el desarrollo de sensores en miniatura para el monitoreo de la calidad del aire durante varios años. Anteriormente desarrollaron una matriz de sensores híbridos para detectar cuatro gases diferentes simultáneamente.