Cảm biến phát hiện hợp chất hữu cơ

Trong một nỗ lực để cải thiện khả năng phát hiện VOC, một sự hợp tác của các nhà nghiên cứu Nhật Bản của Đại học Kumamoto, Trung tâm Công nghệ Công nghiệp Fukuoka, và Đại học Tohoku đặt ra mục tiêu cải thiện độ nhạy cảm biến bằng cách thay đổi kích thước hạt và độ rỗng của tinh thể nano Thiếc dioxit (SnO2) màng cảm biến . Họ biết rằng kích thước hạt là một yếu tố quyết định trong bộ phản ứng cảm biến, do đó, họ đã đưa ra một phương pháp tổng hợp SnO2 hạt có kích thước với các dạng sắp xếp cấu trúc khác nhau. Một phân tích được tiến hành để xác định hình thái hạt tối ưu cho các khí khác nhau trên màng cảm biến .

Sử dụng phương pháp thủy nhiệt, các nhà nghiên cứu đã tổng hợp các tinh thể nano SnO2 và sợi nano, và một màng cảm biến khí được tạo ra với nhiều khe xốp và các hạt kích cỡ khác nhau. Tinh thể nano tạo ra trong thí nghiệm này được phát triển sử dụng các phân tử hữu cơ trong môi trường axit, đó là một sự khác biệt lớn so với các thí nghiệm trước đó sử dụng các cation trong dung dịch kiềm. Màng được làm từ tinh thể nano có lỗ xốp rất nhỏ (nhỏ hơn 10 nm). Tinh thể nano Palladium (Pd) - SnO 2 cũng đã được tổng hợp để thử nghiệm ý tưởng mà Pd-loading được cho là sẽ cải thiện phản ứng cảm biến bằng cách thay đổi kích thước lỗ xốp. Các chất khí được sử dụng để kiểm tra các cảm biến mới là hydro (200 ppm), ethanol (100 ppm), và acetone (100 ppm). Phản ứng cảm biến (S) đã được tính toán bằng cách sử dụng tỷ số điện trở trong không khí (Ra) trên kháng trở được tạo ra bởi các khí thử nghiệm (Rg) (S = Ra / Rg).

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng các cảm biến đã có phản ứng tốt nhất khi sử dụng sợi nano dài (500 nm) ở nhiệt độ khoảng 250 độ C, ngoại trừ H2 cảm biến, nó phản ứng tốt nhất ở nhiệt độ 300 độ C với tinh thể nano. Hơn nữa, cảm biến Pd-nạp có phản ứng cải tiến ở 250 độ C với sợi nano dài là hình thái biểu diễn tinh thể nano tốt nhất cho từng loại khí được thử nghiệm. "Các thí nghiệm của chúng tôi cho thấy rằng các cảm biến TiO2 tinh thể nano với kích thước lỗ xốp lớn hơn cho các phản ứng cảm biến tốt nhất. Đặc biệt, chúng tôi thấy độ nhạy cảm có thể tăng gấp năm lần trong các thiết bị với kích thước lỗ xốp lớn, các cảm biến nano dài" Giáo sư Tetsuya Kida của Đại học Kumamoto.

Mô phỏng đã ước tính mức phát hiện ethanol trong khoảng thấp hơn một phần tỷ (ppb), có nghĩa là các thiết bị có thể phát hiện dấu sinh học cồn trong hơi thở của bệnh nhân.

Một hạn chế của các bộ cảm biến mới là thời gian phục hồi tương đối lâu dài của chúng. Mặc dù thời gian phản ứng là nhanh chóng, từ 15 đến 21 giây, thời gian phục hồi từ 157-230 phút. Điều này được cho là do các sản phẩm phụ phản ứng còn lại trên bề mặt của bộ màng cảm biến. Ngoài ra, kết quả thực nghiệm và mô phỏng cho ethanol cho thấy rằng các cảm biến có kích thước lỗ xốp trên 80 nm dễ bị bão hòa. Tuy nhiên, nó có thể được khắc phục bằng cách tối ưu hóa kích thước lỗ xốp và kiểm soát các điện trở của bộ màng cảm biến.