01.09.2020 - The Pennsylvania State University

Verbesserter tragbarer, dehnbarer Gassensor unter Verwendung von Nanokompositen

Ultrasensitiver Stickstoffdioxid-Gassensor könnte Anwendungen in der Echtzeit-Umweltüberwachung oder im Gesundheitswesen finden

Ein dehnbarer, tragbarer Gassensor für die Umweltsensorik wurde von Forschern an der Penn State, der Northeastern University und fünf Universitäten in China entwickelt und getestet.

Der Sensor kombiniert ein neu entwickeltes laserinduziertes Graphenschaummaterial mit einer einzigartigen Form von Molybdändisulfid- und graphenoxidreduzierten Nanokompositen. Die Forscher waren daran interessiert zu sehen, wie unterschiedliche Morphologien oder Formen der gasempfindlichen Nanokomposite die Empfindlichkeit des Materials beim Nachweis von Stickstoffdioxidmolekülen in sehr niedriger Konzentration beeinflussen. Um die Morphologie zu verändern, packten sie einen Behälter mit sehr fein gemahlenen Salzkristallen.

Stickstoffdioxid ist ein schädliches Gas, das von Fahrzeugen ausgestoßen wird und bei niedrigen Konzentrationen die Lunge reizen und bei hohen Konzentrationen zu Krankheit und Tod führen kann.

Als die Forscher Molybdändisulfid und reduzierte Graphenoxid-Vorläufer in den Behälter fügten, bildeten die Nanokomposite Strukturen in den kleinen Zwischenräumen zwischen den Salzkristallen. Sie versuchten dies mit einer Vielzahl verschiedener Salzgrößen und testeten die Empfindlichkeit an konventionellen interdigitalen Elektroden sowie an der neu entwickelten laserinduzierten Graphenplattform. Als das Salz durch Auflösen in Wasser entfernt wurde, stellten die Forscher fest, dass die kleinsten Salzkristalle den empfindlichsten Sensor ermöglichten.

"Wir haben die Tests mit 1 Teil pro Million und niedrigeren Konzentrationen durchgeführt, was zehnmal besser sein könnte als herkömmliche Konstruktionen", sagt Huanyu Larry Cheng, Assistenzprofessor für Ingenieurwissenschaften und Mechanik und Materialwissenschaften und Ingenieurwesen. "Verglichen mit der besten konventionellen Technologie, die eine hochauflösende Lithografie in einem Reinraum erfordert, ist dies eine eher bescheidene Komplexität".

Ning Yi und Han Li, Doktoranden am Penn State und Koautoren der Arbeit in Materials Today Physics, fügten hinzu: "Die Arbeit untersuchte die Sensorleistung des Komposits aus reduziertem Graphenoxid und Molybdändisulfid. Noch wichtiger ist, dass wir einen Weg finden, die Empfindlichkeit und das Signal-Rausch-Verhältnis des Gassensors zu verbessern, indem wir die Morphologie des Kompositmaterials und die Konfiguration der Sensor-Testplattform kontrollieren. Wir denken, dass der dehnbare Stickstoffdioxid-Gassensor Anwendungen in der Echtzeit-Umweltüberwachung oder im Gesundheitswesen finden könnte".

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