Crédito:Tecnología de Tokio
Oxígeno (O 2 ) es un gas esencial no solo para nosotros y la mayoría de las otras formas de vida, sino también para muchos procesos industriales, biomedicina, y aplicaciones de monitoreo ambiental. Dada la importancia de O 2 y otros gases, muchos investigadores se han centrado en desarrollar y mejorar tecnologías de detección de gases. En la frontera de este campo en evolución se encuentran los sensores de gas nanogap modernos, dispositivos que generalmente se componen de un material sensor y dos electrodos conductores que están separados por un espacio minúsculo del orden de nanómetros (nm), o mil millonésimas de metro. Cuando las moléculas de gases específicos entran en este espacio, interactúan electrónicamente con la capa sensora y los electrodos, alterar propiedades eléctricas medibles como la resistencia entre los electrodos. Sucesivamente, esto permite medir indirectamente la concentración de un gas dado.
Aunque los sensores de gas nanogap tienen muchas propiedades más atractivas que los sensores de gas microgap estrechamente relacionados, han demostrado ser mucho más difíciles de producir en masa de forma fiable para distancias de separación del orden de decenas de nanómetros. En el Laboratorio de Materiales y Estructuras de Tokyo Tech, un equipo de científicos dirigido por el Dr. Yutaka Majima está buscando formas de fabricar mejores sensores nanogap. En su último estudio, que fue publicado en Sensors &Actuators:B. Chemical, el equipo presenta una nueva estrategia para producir sensores de gas oxígeno nanogap utilizando electrodos de platino / titanio (Pt / Ti) y un óxido de cerio (CeO 2 ) capa de detección.
El profesor Majima y su equipo probaron dos diseños de sensores. En el diseño de contacto inferior, el CEO 2 La capa sensora se deposita primero sobre un sustrato de silicio y los dos electrodos de Pt / Ti se colocan encima del CeO 2 mediante litografía por haz de electrones (EBL). Con EBL, uno dibuja formas personalizadas en una película resistente utilizando un haz de electrones enfocado con extrema precisión. Esto permite el grabado selectivo o la evaporación de las regiones de Pt / Ti, dando así forma a los electrodos nanogap. El otro diseño (contacto superior) también se produjo utilizando EBL, pero el ceO 2 se aplicó sobre los electrodos de Pt / Ti como una fina capa de revestimiento.
Con esta estrategia de fabricación, el equipo logró producir de manera confiable nanogaps de Pt estables tan pequeños como 20 nm, que no tenía precedentes en la literatura. Ambos diseños de sensores exhibieron desempeños similares y muy prometedores, como comenta el Dr. Majima:"Para una separación de brecha de 35 nm, nuestro nanogap O 2 los sensores de gas mostraron un tiempo de respuesta rápido de 10 segundos a una temperatura de funcionamiento relativamente baja de 573 K (300 ° C); este tiempo de respuesta es aproximadamente tres órdenes de magnitud más corto que el de los sensores microgap en las mismas condiciones de medición ". su procedimiento ofrece una mejor escalabilidad que los de los sensores de gas nanogap desarrollados anteriormente.
Además de los diseños de sensores, Este estudio proporcionó información importante sobre los mecanismos de salto de electrones por los cuales O 2 Las moléculas modulan la resistencia entre los electrodos de Pt en presencia de CeO. 2 en el nanogap. Tomados en conjunto, los resultados de este estudio están allanando el camino hacia mejores dispositivos sensores de gas, como concluye el Dr. Majima:"Nuestros sensores de gas nanogap podrían ser candidatos prometedores para el desarrollo de una plataforma de detección de gas general con una temperatura de funcionamiento baja". A su debido tiempo, Los sensores de gas nanogap seguramente encontrarán su camino en más campos de aplicación, incluidos los dispositivos biomédicos portátiles, monitoreo de condiciones industriales, y detección ambiental.
