Этот ультратонкий датчик может спасти ваши легкие

Новый 2D-датчик является гибким и прозрачным, что делает эту технологию вероятным кандидатом на роль носимых датчиков для мониторинга окружающей среды и здоровья. (Фото: Shutterstock/Каспарс Гринвальдс)

Диоксид азота, загрязнитель воздуха, выбрасываемый автомобилями, работающими на ископаемом топливе. газовые плиты вредны не только для климата, но и для нашего здоровья. Длительное воздействие NO2 связано с увеличением сердечно-сосудистых заболеваний, респираторных заболеваний, таких как астма, и инфекций.

Диоксид азота не имеет запаха и невидим, поэтому вам понадобится специальный датчик, который сможет точно определить опасные концентрации токсичного газа. Но большинство доступных в настоящее время датчиков являются энергоемкими, поскольку для достижения подходящих характеристик они обычно должны работать при высоких температурах.

Ответом может стать ультратонкий датчик, разработанный командой исследователей из лаборатории Беркли и Калифорнийского университета в Беркли.

В своей статье, опубликованной в журнале Nano Letters, исследовательская группа сообщила об атомно тонком «2D» датчике, который работает при комнатной температуре и, следовательно, потребляет меньше энергии, чем обычные датчики.

Исследователи говорят, что новый 2D-сенсор, изготовленный из однослойного сплава дисульфида рения-ниобия, также может похвастаться превосходной химической специфичностью и временем восстановления.

Слева: электронно-микроскопическое изображение атомного разрешения двухслойной и трехслойной областей Re0,5Nb0,5S2, показывающее порядок его укладки. Справа: график переноса заряда в реальном пространстве, показывающий перенос заряда от Re0,5Nb0,5S2 к молекуле NO2. Цветовая маркировка: показан темно-синий; Nb фиолетового цвета; S желтого цвета; N зеленым цветом; H серого цвета; О в синем; и C красным. (Фото: Алекс Зеттл/Лаборатория Беркли)

В отличие от других 2D-устройств, изготовленных из таких материалов, как графен, новый 2D-сенсор электрически избирательно реагирует на молекулы диоксида азота и минимально реагирует на другие токсичные газы, такие как аммиак и формальдегид. Кроме того, новый 2D-сенсор способен обнаруживать сверхнизкие концентрации диоксида азота — не менее 50 частей на миллиард, — сказал Амин Азизи, научный сотрудник Калифорнийского университета в Беркли и ведущий автор текущего исследования.

Как только датчик на основе дисульфида молибдена или углеродных нанотрубок обнаружит диоксид азота, ему могут потребоваться часы, чтобы вернуться в исходное состояние при комнатной температуре. «Но нашему датчику требуется всего несколько минут», — сказал Азизи.

Новый датчик не просто ультратонкий, он еще и гибкий и прозрачный, что делает его отличным кандидатом на роль носимых датчиков для мониторинга окружающей среды и здоровья. «Если уровень диоксида азота в окружающей среде превышает 50 частей на миллиард, это может быть очень опасно для человека, страдающего астмой, но в настоящее время индивидуальные датчики газа диоксида азота непрактичны». - сказал Азизи. Их датчик, если он интегрирован в смартфоны или другую носимую электронику, мог бы заполнить этот пробел, добавил он.

Постдокторант и соавтор лаборатории Беркли Мехмет Доган использовал суперкомпьютер Cori в Национальном научно-вычислительном центре энергетических исследований.

(NERSC), суперкомпьютерный центр в лаборатории Беркли, предназначенный для теоретического определения основного механизма восприятия.

Алекс Зеттл и Марвин Коэн, ученые факультета материаловедения Лаборатории Беркли и профессора физики Калифорнийского университета в Беркли, совместно руководили исследованием.

Дополнительная информация:

«2D Electronics Get atomic Tuneup», пресс-релиз, 20 августа 2020 г.