Fijar cintas de carbono del tamaño de ADN a un sensor de gas puede aumentar su sensibilidad mucho mejor que cualquier otro material de carbono conocido. dice un nuevo estudio de la Universidad de Nebraska-Lincoln.

El equipo desarrolló una nueva forma de nanocinta hecha de grafeno, un panal 2-D de átomos de carbono. Cuando los investigadores integraron una película de nanocinta en el circuito de un sensor de gas, Respondió unas 100 veces más sensible a las moléculas que los sensores que incluían los materiales a base de carbono de mejor rendimiento.

"Anteriormente estudiamos sensores basados ​​en otros materiales a base de carbono como el grafeno y el óxido de grafeno, "dijo Alexander Sinitskii, profesor asociado de química en Nebraska. "En el caso de las nanocintas de grafeno, estábamos seguros de que veríamos alguna respuesta del sensor, pero no esperábamos que fuera mucho más alto que cualquier cosa que hayamos visto en el pasado ".

Informar sus hallazgos en la revista Comunicaciones de la naturaleza , Los investigadores demostraron que las moléculas de gas pueden alterar drásticamente la resistencia eléctrica de las películas de nanocinta. Diferentes gases produjeron diferentes firmas de resistencia, permitiendo que el sensor distinga entre ellos.

"Con varios sensores en un chip, pudimos demostrar que podemos diferenciar entre moléculas que tienen casi la misma naturaleza química, "dijo Sinitskii, miembro del Centro de Materiales y Nanociencia de Nebraska. "Por ejemplo, podemos diferenciar el metanol del etanol. Por lo tanto, estos sensores basados ​​en nanocinta de grafeno pueden ser no solo sensibles sino también selectivos ".

Sinitskii y sus colegas sospechan que el notable rendimiento de las nanocinta se debe en parte a una interacción inusual entre las cintas y las moléculas de gas. A diferencia de sus predecesores, Las nanocinta del equipo, que se asemejan a filas ordenadas de las rayas de la camisa de Charlie Brown, se colocan verticalmente en lugar de estar acostadas sobre una superficie. El equipo ha propuesto que las moléculas de gas pueden separar estas filas, alargando efectivamente los espacios entre las nanocinta que los electrones deben saltar para conducir la electricidad.

Ingrese el anillo (benceno)

Grafeno cuyo descubrimiento en 2004 finalmente ganó un premio Nobel, cuenta con una conductividad eléctrica inigualable. Pero la falta de banda prohibida del material, que requiere que los electrones obtengan energía antes de saltar de sus órbitas cercanas alrededor de los átomos a una "banda de conducción" externa que impulsa la conductividad, inicialmente impidió que los investigadores apagaran esa conductividad. Esta, Sucesivamente, planteó desafíos para la aplicación de grafeno en la electrónica que requieren ajustar la conductividad del material a voluntad.

Una posible solución consistía en recortar hojas de grafeno en cintas nanoscópicas que, según las simulaciones por ordenador, poseería la elusiva banda prohibida. Esto resultó difícil de hacer con la precisión atómica necesaria para preservar las propiedades que hicieron que el grafeno fuera atractivo en primer lugar. por lo que los investigadores comenzaron a fabricar cintas de abajo hacia arriba al juntar estratégicamente moléculas en ciertos tipos de superficies sólidas. Aunque el proceso funcionó, y las cintas resultantes tenían una banda prohibida, limitó a los investigadores a fabricar solo unas pocas cintas a la vez.

En 2014, Sinitskii fue pionero en un enfoque que podría producir nanocinta en masa en una solución líquida, un paso vital hacia la ampliación de la tecnología para aplicaciones electrónicas. Pero las películas hechas con estas nanocintas no eran lo suficientemente conductoras para realizar mediciones eléctricas. El estudio más reciente del equipo adaptó el enfoque químico original al agregar anillos de benceno, moléculas circulares con seis átomos de carbono e hidrógeno, a cada lado de una nanocinta de primera generación. Estos anillos ensancharon la cinta, reduciendo su banda prohibida y mejorando su capacidad para conducir electricidad.

"La gente no suele pensar en las nanocintas de grafeno como un material sensor, "Sinitskii dijo." Sin embargo, la misma (propiedad) que hace que las nanocinta sean buenas para dispositivos como los transistores (la capacidad de cambiar su conductividad en varios órdenes de magnitud) es también lo que las hace buenas para los sensores.

"Es posible diseñar muchos tipos diferentes de nanocinta de grafeno con propiedades muy diversas. Hasta ahora, solo se han demostrado de forma experimental unos pocos tipos, pero hay muchas predicaciones teóricas interesantes sobre las cintas que aún no han sido sintetizadas por los químicos. Por lo tanto, es muy probable que en un futuro próximo se desarrollen nuevas nanocinta con mejores características de sensor u otras propiedades interesantes ".