Scienziati dell'Università Federale dell'Estremo Oriente (FEFU), Sezione dell'Estremo Oriente dell'Accademia Russa delle Scienze, Swinburne University of Technology, e il Melbourne Centre for Nanofabrication hanno sviluppato un rivelatore ultrasensibile basato su silicio nero. Il dispositivo è in grado di rilevare tracce di composti nitroaromatici e può essere applicato per identificare la maggior parte di esplosivi o inquinanti altamente tossici per valutazioni mediche e forensi. L'articolo correlato è stato pubblicato su Sensori ACS .

Il nuovo sensore si basa sul cosiddetto "silicio nero" fabbricato mediante incisione reattiva ad alte prestazioni di substrati di silicio disponibili in commercio. Tale silicio inciso ha una superficie appuntita nanostrutturata che mostra proprietà ottiche uniche. Dopo l'incisione, la superficie è ricoperta da un monostrato di molecole di carbazolo. Questo processo è chiamato funzionalizzazione chimica poiché le molecole attaccate conferiscono al substrato una certa funzione importante, vale a dire, la capacità di legare e concentrare i composti nitroaromatici sulla superficie. Il monostrato di carbazolo rende il dispositivo sensibile a sostanze nitroaromatiche molto diffuse come il nitrobenzene, o-nitrotoluene, 2,4-dinitrotoluene, ecc. Tuttavia, il sensore non reagisce alla presenza di altre molecole, come il benzene, toluene, tetraclorometano, metanolo, etanolo, e così via.

"I composti nitroaromatici si trovano nelle acque reflue degli impianti di verniciatura o degli impianti militari e sono estremamente pericolosi per l'ambiente. Inoltre, sono anche parti di molti esplosivi. La loro rilevazione in concentrazioni di tracce rappresenta un compito pratico importante e complesso. La nostra piattaforma di sensori identifica la presenza di composti nitroaromatici registrando i cambiamenti nello spettro di luminescenza dello strato funzionale di carbazolo che reagisce selettivamente alle molecole nitroaromatiche, " ha detto Alexander Kuchmizhak, un ricercatore associato presso il Centro VR e AR della Scienza e della Tecnologia, FFU.

Secondo lo scienziato, Il silicio nero nanostrutturato utilizzato come base del dispositivo gli conferisce un'elevata sensibilità e un intervallo di misurazione dinamico senza precedenti. In laboratorio il sensore è in grado di fornire in pochi minuti informazioni sulla presenza di molecole tossiche nei liquidi o nei gas.

"La combinazione di proprietà morfologiche e ottiche uniche del silicio nero combinate con metodi di chimica superficiale di facile implementazione utilizzati per funzionalizzare la superficie del silicio con molecole di carbazolo ha permesso di raggiungere una sensibilità senza precedenti. Il nostro sensore è in grado di rilevare composti nitroaromatici a concentrazioni fino a ppt (parte per trilione o 10 ^-10 %). L'intervallo di misurazione dinamico estremamente ampio è causato dall'esclusiva morfologia appuntita del silicio nero che fornisce una concentrazione locale non uniforme di molecole di carbazolo creando siti superficiali con diversa sensibilità, " ha spiegato Alexander Mironenko, il progettista del sensore, e un ricercatore associato presso l'Istituto di Chimica, FEBBRAIO RAS.

Gli scienziati hanno affermato che la produzione della nuova piattaforma di sensori dovrebbe essere piuttosto economica rispetto agli analoghi esistenti. Inoltre, lo stesso sensore può essere utilizzato più volte. Può diventare una parte dei sistemi di sensori di gas che garantiscono la sicurezza pubblica ed ecologica.

I partecipanti al lavoro hanno rappresentato l'Università Federale dell'Estremo Oriente, Istituto di chimica e Istituto di automazione e processi di gestione del ramo dell'Estremo Oriente dell'Accademia delle scienze russa, Swinburne University of Technology, e il Melbourne Centre for Nanofabrication.