Istraživači na Korejskom istraživačkom institutu za standarde i nauku razvili su senzor toksičnog gasa sa najvećom osetljivošću na svetu. Ovaj senzor može precizno da nadgleda azot-dioksid (NO 2 ), otrovan gas u atmosferi, na sobnoj temperaturi uz malu potrošnju energije i ultra-visoku osetljivost. Može se primeniti u različitim oblastima, kao što je detekcija zaostalih gasova tokom procesa proizvodnje poluprovodnika i istraživanje katalizatora elektrolize.
NO 2 , koji nastaje visokotemperaturnim sagorevanjem fosilnih goriva i prvenstveno se emituje kroz automobilske izduvne gasove ili fabrički dim, doprinosi povećanju smrtnosti usled zagađenja vazduha. U Južnoj Koreji, godišnja prosečna koncentracija NO 2 u vazduhu je regulisana na 30 ppb ili niža predsedničkim dekretom. Zbog toga su potrebni visokoosetljivi senzori da precizno detektuju gasove pri ekstremno niskim koncentracijama.
U poslednje vreme, upotreba toksičnih gasova koji su potencijalno fatalni za ljude je u porastu zbog razvoja visokotehnoloških industrija, uključujući proizvodnju poluprovodnika. Dok su neke laboratorije i fabrike usvojile poluprovodničke senzore radi bezbednosti, izazov leži u njihovoj niskoj osetljivosti na odziv, što ih čini nesposobnim da detektuju toksične gasove koji čak mogu biti primetni za ljudski nos. Da bi povećali osetljivost, na kraju troše mnogo energije jer moraju da rade na visokim temperaturama.
Novorazvijeni senzor, poluprovodnički senzor toksičnih gasova nove generacije zasnovan na naprednim materijalima, pokazuje značajno poboljšane performanse i upotrebljivost u poređenju sa konvencionalnim senzorima. Sa svojom izuzetnom osetljivošću na hemijske reakcije, novi senzor može detektovati NO 2 mnogo osetljivije od prethodno prijavljenih senzora tipa poluprovodnika, osetljivost koja je 60 puta veća. Štaviše, novi senzor troši minimalnu snagu na sobnoj temperaturi, a njegov optimalni proizvodni proces poluprovodnika omogućava sintezu velikih površina na niskim temperaturama, čime se smanjuju troškovi proizvodnje.
Ključ tehnologije leži u materijalu MoS 2 nanograna koji je razvio KRISS. Za razliku od konvencionalne 2D ravne strukture MoS 2 , ovaj materijal se sintetiše u 3D strukturi koja podseća na grane drveta, čime se povećava osetljivost. Pored svoje snage ujednačene sinteze materijala na velikoj površini, može stvoriti 3D strukturu podešavanjem odnosa ugljenika u sirovom materijalu bez dodatnih procesa.
Integrisani metrološki tim KRISS Semiconductor je eksperimentalno pokazao da njihov gasni senzor može detektovati NO 2 u atmosferi pri koncentracijama od čak 5 ppb. Izračunata granica detekcije senzora je 1,58 ppt, što označava najviši nivo osetljivosti na svetu.
Ovo dostignuće omogućava precizno praćenje NO 2 u atmosferi uz nisku potrošnju energije. Senzor ne samo da štedi vreme i troškove, već nudi i odličnu rezoluciju. Očekuje se da će doprineti istraživanju o poboljšanju atmosferskih uslova otkrivanjem prosečnih godišnjih koncentracija NO 2 i praćenjem promena u realnom vremenu.
Još jedna karakteristika ove tehnologije je njena sposobnost da prilagodi sadržaj ugljenika u sirovom materijalu tokom faze sinteze materijala, čime se menjaju elektrohemijska svojstva. Ovo se može koristiti za razvoj senzora sposobnih da detektuju gasove koji nisu NO 2 , kao što su zaostali gasovi proizvedeni tokom procesa proizvodnje poluprovodnika. Odlična hemijska reaktivnost materijala se takođe može iskoristiti za poboljšanje performansi katalizatora elektrolize za proizvodnju vodonika.
Dr Jihun Mun, viši istraživač KRISS Semiconductor Integrated Metrologi tima, rekao je: „Ova tehnologija, koja prevazilazi ograničenja konvencionalnih senzora za gas, ne samo da će zadovoljiti vladine propise, već će i olakšati precizno praćenje domaćih atmosferskih uslova. Nastavićemo naknadno istraživanje tako da se ova tehnologija može primeniti na razvoj različitih senzora i katalizatora toksičnih gasova, koji se protežu dalje od praćenja NO 2 u atmosferi.“
