(PhysOrg.com) -- Un team di ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST), La George Mason University e l'Università del Maryland hanno realizzato sensori di dimensioni nanometriche che rilevano i composti organici volatili - inquinanti nocivi rilasciati dalle vernici, addetti alle pulizie, pesticidi e altri prodotti, che offrono numerosi vantaggi rispetto ai sensori di gas commerciali odierni, compreso il funzionamento a bassa potenza a temperatura ambiente e la capacità di rilevare uno o più composti in un'ampia gamma di concentrazioni.

Il lavoro pubblicato di recente è un proof of concept per un sensore di gas composto da un singolo nanofilo e nanocluster di ossido di metallo scelti per reagire a uno specifico composto organico. Questo lavoro è il più recente di numerosi sforzi del NIST che sfruttano le proprietà uniche dei nanofili e degli elementi di ossido di metallo per rilevare sostanze pericolose.

I moderni sensori di gas commerciali sono fatti di sottili, pellicole conduttive di ossidi metallici. Quando un composto organico volatile come il benzene interagisce con il biossido di titanio, Per esempio, una reazione altera la corrente che attraversa il film, l'attivazione di un allarme. Sebbene i sensori a film sottile siano efficaci, molti devono funzionare a temperature di 200° C (392° F) o superiori. Il riscaldamento frequente può degradare i materiali che compongono le pellicole e i contatti, causando problemi di affidabilità. Inoltre, la maggior parte dei sensori a film sottile funziona in un intervallo ristretto:si potrebbe catturare una piccola quantità di toluene nell'aria, ma non riescono a fiutare un massiccio rilascio di gas. La gamma dei nuovi sensori a nanofili va da appena 50 parti per miliardo fino a 1 parte per 100, o 1 per cento dell'aria in una stanza.

Questi nuovi sensori, costruito utilizzando gli stessi processi di fabbricazione comunemente utilizzati per i chip per computer in silicio, operare utilizzando lo stesso principio di base, ma su scala molto più piccola:i fili di nitruro di gallio hanno un diametro inferiore a 500 nanometri e una lunghezza inferiore a 10 micrometri. Nonostante le loro dimensioni microscopiche, i nanofili e i nanocluster di biossido di titanio con cui sono rivestiti hanno un elevato rapporto superficie-volume che li rende estremamente sensibili.

"La corrente elettrica che scorre attraverso i nostri nanosensori è nell'intervallo dei microampere, mentre i sensori tradizionali richiedono milliampere, " spiega Abhishek Motayed del NIST. "Quindi percepiamo con molta meno potenza ed energia. I nanosensori offrono inoltre maggiore affidabilità e dimensioni ridotte. Sono così piccoli che puoi metterli ovunque." Luce ultravioletta, piuttosto che il calore, favorisce la reazione del biossido di titanio in presenza di un composto organico volatile.

Ulteriore, ogni nanofilo è un singolo cristallo privo di difetti, piuttosto che il conglomerato di grani di cristallo nei sensori a film sottile, quindi sono meno inclini al degrado. Nei test di affidabilità dell'ultimo anno, i sensori di dimensioni nanometriche non hanno subito guasti. Mentre gli attuali sensori sperimentali del team sono sintonizzati per rilevare il benzene e il toluene, composti organici volatili simili, etilbenzene e xilene, il loro obiettivo è costruire un dispositivo che includa una serie di nanofili e vari nanocluster di ossidi metallici per l'analisi di miscele di composti. Hanno in programma di collaborare con altri team del NIST per combinare il loro approccio alla luce ultravioletta con le tecnologie di rilevamento dei nanofili indotte dal calore.