Российские ученые создали новые сенсоры на основе кремниевых нанонитей длиной 10 микрометров и диаметром 150 нанометров с электрическими контактами из золота. Они выполняют роль резисторов, их сопротивление изменяется в зависимости от состава среды. Такие элементы можно использовать для определения вредных веществ в промышленности или в качестве датчиков в медицине. Исследование опубликовано в журнале ACS Applied Nano Materials.
Полупроводники находят широкое применение в производстве различной электроники. Кремний — самый распространенный, легкодоступный и технологичный среди них. Ученые пытаются внедрить в классическую кремниевую технологию новые материалы. Однако пока они не смогли найти такой же дешевый и высокотехнологичный полупроводник, как кремний. Но так ли это необходимо? Оказывается, наноструктуры кремния все еще недостаточно изучены и могут иметь больший потенциал, чем считалось раньше.
Российские ученые разработали новый сенсор в виде пластинки стекла размером 7 на 7 миллиметров. В нем используется большое количество кремниевых нитей длиной 10 микрометров и диаметром порядка 150 нанометров совместно с электрическими контактами из золота. Такое большое соотношение длины к поперечному сечению обеспечивает развитую поверхность, то есть большую площадь поверхности при небольшом объеме, на которой осаждаются химические соединения. Эти нити представляют собой параллельно подключенные резисторы. При изменении состава окружающей среды будет изменяться их сопротивление.
Эти наноразмерные чувствительные элементы мобильны и просты в использовании. С их помощью можно проводить качественный и количественный анализ. Например, можно определить щелочь или кислоту, если погрузить сенсор в жидкость или над поверхностью пробы, чтобы анализировать пар. Или даже проводить оценку качества воздуха. «Повышенное количество различных химических соединений (биологических маркеров) позволяет зафиксировать сбои организма на ранней стадии развития патологии. Например, соляная кислота необходима пищеварительной системе, и ее переизбыток доставляет весьма ощутимый дискомфорт. Повышенный аммиак дает неприятный запах изо рта, и это явный сигнал о сбое работы желудочно-кишечного тракта. Зная показатели нормы здорового организма, мы можем легко провести экспресс-тест и контролировать уровень маркеров в любое время. Например, достаточно снять немного пота с поверхности кожи, чтобы измерить долю аммиака», — рассказали авторы.
Ученые научились контролировать поглощение веществ на сенсорах при помощи модификации поверхности. Они разработали три типа элементов. Первые на основе кремниевых нанопроволок. Для второго типа нанопроволоки обработали плавиковой кислотой (HF). Третий тип с нанопроволоками с наночастицами серебра. В зависимости от подготовки нитей в ходе тестирования датчики продемонстрировали высокую чувствительность. Плавиковая кислота обеспечила более высокую плотность мест, в которых происходит поглощение определяемого химического вещества.
У исследователей получилось расширить сферы применения кремния. Это позволит сделать сенсоры нового поколения намного дешевле, а также намного эффективнее определять вредные примеси.
Автор: Дарья Моисеенкова.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
