Un equipo de la Facultad de Física de la Universidad Estatal de Moscú Lomonosov ha sugerido el uso de matrices de nanocables de silicio poroso en sensores de gas altamente sensibles. Estos dispositivos podrán detectar la presencia de moléculas de gas tóxicas y no tóxicas en el aire a temperatura ambiente. Los resultados del estudio se publicaron en Physica Status Solidi A:Aplicaciones y ciencia de materiales .

Teniendo en cuenta los altos niveles de contaminación ambiental en el mundo moderno, Es importante desarrollar dispositivos sensibles capaces de identificar moléculas en fase gaseosa de forma precisa y selectiva. Sin embargo, la mayoría de los sensores de gas modernos solo funcionan a altas temperaturas, lo que limita el ámbito de su aplicación. Por lo tanto, el desarrollo de reutilizables, Los detectores de gas de alta sensibilidad que funcionan a temperatura ambiente son un área importante de la física moderna.

Los científicos de MSU sugirieron el uso de matrices de nanocables de silicio poroso como elementos sensibles de dichos detectores. Pueden obtenerse mediante un método económico de grabado químico asistido por metales. Se basa en el grabado químico selectivo, es decir, eliminación parcial de la capa superficial de un silicio cristalino a granel con el uso de nanopartículas metálicas como catalizador. Es más, el procedimiento es rápido:se pueden producir al menos 100 elementos en un laboratorio en solo una hora.

Cada sensor consta de una matriz de nanocables de silicio organizados de 10 micrones de largo con diámetros que van desde 100 a 200 nm. Cada nanoalambre tiene una estructura cristalina porosa. El tamaño de los cristales de silicio y los poros entre ellos en nanocables individuales, varía de tres a cinco nanómetros.

Los autores han demostrado que estos nanocables porosos tienen una gran superficie específica debido a que sus propiedades físicas y químicas son extremadamente sensibles al entorno molecular. También se descubrió que las muestras obtenidas exhibían una fotoluminiscencia efectiva en la región del espectro rojo a temperatura ambiente.

"Por primera vez hemos demostrado que la fotoluminiscencia de los nanocables de silicio se apaga en oxígeno (O ₂ ) atmósfera, pero luego se restauró a los valores iniciales en la atmósfera de un gas noble:nitrógeno (N ₂ ). Esto se repite en varios ciclos de adsorción-desorción, "dijo Liubov Osminkina, el jefe del grupo científico.

Los científicos explicaron los resultados experimentales con un modelo microscópico según el cual la sensibilidad de las propiedades ópticas de las muestras a su entorno molecular se determina mediante la carga y descarga reversibles de los centros de Pb, defectos como los enlaces de silicio que cuelgan en la superficie de los nanocables. Los autores confirmaron el modelo con mediciones tomadas mediante el método de resonancia paramagnética electrónica que ayuda a determinar la existencia y concentración de centros de Pb.

"Lo importante es que nuestros sensores basados ​​en nanocables porosos funcionan a la temperatura del hogar y también son reutilizables, porque todos los efectos observados fueron completamente reversibles, "añadió Liubov Osminkina.

Los nuevos sensores se pueden utilizar tanto para el control eficaz de los niveles de contaminación ambiental como para el seguimiento de la composición del aire en espacios cerrados. desde las aulas hasta las estaciones espaciales.