Gli inquinanti emessi dalle fabbriche e dagli scarichi delle auto colpiscono gli esseri umani che respirano questi gas nocivi e aggravano anche i cambiamenti climatici nell'atmosfera. Essere in grado di rilevare tali emissioni è una misura estremamente necessaria.

Nuova ricerca della Nanoparticles by Design Unit dell'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), in collaborazione con il Centro dei materiali Leoben Austria e il Centro austriaco per la microscopia elettronica e la nanoanalisi ha sviluppato un modo efficiente per migliorare i metodi per rilevare le emissioni inquinanti utilizzando un sensore su scala nanometrica. Il documento è stato pubblicato in Nanotecnologia .

I ricercatori hanno utilizzato un nanofilo di ossido di rame decorato con nanoparticelle di palladio per rilevare il monossido di carbonio, un comune inquinante industriale. Il sensore è stato testato in condizioni simili all'aria ambiente poiché i dispositivi futuri sviluppati da questo metodo dovranno funzionare in queste condizioni.

L'ossido di rame è un semiconduttore e gli scienziati utilizzano i nanofili fabbricati da esso per cercare potenziali applicazioni nell'industria della microelettronica. Ma nelle applicazioni di rilevamento del gas, l'ossido di rame è stato studiato molto meno ampiamente rispetto ad altri materiali di ossido di metallo.

Un semiconduttore può subire cambiamenti drammatici nelle sue proprietà elettriche quando una piccola quantità di atomi estranei viene fatta attaccare alla sua superficie ad alte temperature. In questo caso, il nanofilo di ossido di rame faceva parte di un circuito elettrico. I ricercatori hanno rilevato il monossido di carbonio indirettamente, misurando la variazione della resistenza elettrica del circuito risultante in presenza del gas. Hanno scoperto che i nanofili di ossido di rame decorati con nanoparticelle di palladio mostrano un aumento significativamente maggiore della resistenza elettrica in presenza di monossido di carbonio rispetto allo stesso tipo di nanofili senza le nanoparticelle.

L'OIST Nanoparticles by Design Unit ha utilizzato una tecnica sofisticata che ha permesso loro di setacciare prima le nanoparticelle in base alle dimensioni, quindi consegnare e depositare le nanoparticelle di palladio sulla superficie dei nanofili in modo uniformemente distribuito. Questa dispersione uniforme di nanoparticelle di dimensioni selezionate e le interazioni risultanti nanoparticelle-nanofili sono cruciali per ottenere una risposta elettrica migliorata. Il sistema di deposizione di nanoparticelle OIST può essere adattato per depositare più tipi di nanoparticelle contemporaneamente, segregati su aree distinte del wafer in cui si trova il nanofilo. In altre parole, questo sistema può essere progettato per essere in grado di rilevare più tipi di gas. Il passaggio successivo consiste nel rilevare diversi gas contemporaneamente utilizzando più dispositivi a sensore, con ogni dispositivo che utilizza un diverso tipo di nanoparticella.

Rispetto ad altre opzioni esplorate nel rilevamento del gas che sono ingombranti e difficili da miniaturizzare, I sensori di gas a nanofili saranno più economici e potenzialmente più facili da produrre in serie.

Il principale costo energetico nel funzionamento di questo tipo di sensore saranno le alte temperature necessarie per facilitare le reazioni chimiche per garantire una certa risposta elettrica. In questo studio sono stati utilizzati 350 gradi centigradi. Però, sono attualmente allo studio diverse configurazioni di materiali nanowire-nanoparticelle al fine di abbassare la temperatura di esercizio di questo sistema.

"Penso che i nanofili decorati con nanoparticelle abbiano un enorme potenziale per applicazioni pratiche in quanto è possibile incorporare questo tipo di tecnologia in dispositivi industriali, " ha detto Stephan Steinhauer, un ricercatore post-dottorato della Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) che lavora sotto la supervisione del Prof. Mukhles Sowwan presso l'OIST Nanoparticles by Design Unit.