Ultraherkkiä antureita

Kuudesta maasta peräisin olevan tutkijaryhmän mukaan booriseostetusta grafeenista valmistetut ultraherkät kaasuanturit voivat pian olla mahdollisia.

Grafeeni tunnetaan sen kyvystä kuljettaa elektroneja suurella nopeudella, mutta se on myös erittäin herkkä kaasuanturi.

Booriin ja grafeeniin perustuvat anturit pystyivät havaitsemaan haitallisia kaasumolekyylejä erittäin pieninä pitoisuuksina. Tähän mennessä on testattu kahta kaasua. Typen oksideissa päästään miljardisosiin (ppb) ja ammoniakissa miljoonisosiin (ppm).

Nämä tarkoittavat 27 kertaa suurempaa herkkyyttä typen oksideille ja 10000 kertaa suurempaa herkkyyttä ammoniakille verrattuna käsittelemättömään grafeeniin.

Tutkijat uskovat näiden tulosten avaavan tien korkean suorituskyvyn antureille, jotka voivat havaita pieniä määriä monia muitakin molekyylejä.

Tutkijat ovat työstäneet tätä hanketta jo neljä vuotta. Aiemmin he ovat pystyneet seostamaan grafeenia typen atomeilla, mutta boori osoittautui paljon vaikeammaksi.

Sekä boori että typpi ovat hiilen vieressä jaksollisessa järjestelmässä, joten niiden korvaaminen olisi toteutettavissa. Mutta booriyhdisteet ovat erittäin herkkiä ilmalle ja hajoavat nopeasti altistuessaan ilmakehälle.

Penn Statessa onnistuttiin syntetisoimaan erityisellä CVD-järjestelmällä yhden neliösenttimetrin kokoisia arkkeja boorilla seostettuja grafeeniarkkeja. Niitä lähetettiin sitten useisiin tutkimuslaitoksiin ympäri maailmaa vahvistamaan tuloksen ja testaamaan sen ominaisuuksia.

Tämä monitieteinen tutkimus pohjustaa tietä uusille erittäin herkille kaasuantureille muun muassa yhdistämällä uudenlaiset nanomateriaalit jatkuvan ultraviolettivalon säteilyn kanssa.

Tutkijat uskovat, että tämän tekniikan edelleen kehittäminen saattaa rikkoa osa per kvadriljoonan (ppq) tason toteamisrajan, mikä on kuusi kertaluokkaa parempi herkkyys kuin nykysillä state-of-the-art antureilla.

Myrkyllisien tai syttyvien kaasujen havaitsemisen lisäksi tämä teoreettinen työ osoittaa, että boorilla seostettu grafeeni voisi johtaa parantamaan litiumioniakkuja ja kenttävaikutustransistoreita, kirjoittajat raportoivat Penn Staten aiheesta tekemästä tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Järkevää käyttöä grafeenille