Cientistas da Far Eastern Federal University (FEFU), Ramo do Extremo Oriente da Academia Russa de Ciências, Swinburne University of Technology, e o Melbourne Centre for Nanofabrication desenvolveu um detector ultrassensível baseado em silício preto. O dispositivo é capaz de detectar traços de compostos nitroaromáticos e pode ser aplicado para identificar a maioria dos explosivos ou poluentes altamente tóxicos para avaliações médicas e forenses. O artigo relacionado foi publicado em Sensores ACS .

O novo sensor é baseado no chamado "silício preto", que é fabricado por corrosão reativa de alto desempenho de substratos de silício disponíveis comercialmente. Esse silício gravado tem uma superfície pontiaguda nanoestruturada exibindo propriedades ópticas únicas. Depois de gravar, a superfície é coberta por uma monocamada de moléculas de carbazol. Este processo é chamado de funcionalização química, uma vez que as moléculas anexadas conferem ao substrato uma certa função importante, nomeadamente, a capacidade de ligar e concentrar compostos nitroaromáticos na superfície. A monocamada de carbazol torna o dispositivo sensível a substâncias nitroaromáticas amplamente difundidas como nitrobenzeno, o-nitrotolueno, 2,4-dinitrotolueno, etc. No entanto, o sensor não reage à presença de outras moléculas, como o benzeno, tolueno, tetraclorometano, metanol, etanol, e assim por diante.

“Os compostos nitroaromáticos podem ser encontrados nas águas residuais de fábricas de tintas ou instalações militares e são extremamente perigosos para o meio ambiente. eles também fazem parte de muitos explosivos. Sua detecção em concentrações de traços representa uma tarefa prática importante e complexa. Nossa plataforma de sensor identifica a presença de compostos nitroaromáticos por meio do registro das mudanças no espectro de luminescência da camada funcional do carbazol que reage seletivamente às moléculas nitroaromáticas, "disse Alexander Kuchmizhak, um associado de pesquisa no VR and AR Center of Science and Technology, FEFU.

De acordo com o cientista, O silício preto nanoestruturado usado como base do dispositivo oferece alta sensibilidade e uma faixa de medição dinâmica sem precedentes. No laboratório, o sensor é capaz de fornecer informações sobre a presença de moléculas tóxicas em líquidos ou gases em alguns minutos.

"A combinação de propriedades morfológicas e ópticas exclusivas do silício preto com métodos fáceis de implementar de química de superfície usados ​​para funcionalizar a superfície de silício com moléculas de carbazol, permitiu atingir uma sensibilidade sem precedentes. Nosso sensor é capaz de detectar compostos nitroaromáticos em concentrações abaixo de ppt (parte por trilhão ou 10 ^-10 %). A faixa de medição dinâmica extremamente ampla é causada pela morfologia pontiaguda única do silício preto que fornece concentração local irregular de moléculas de carbazol, criando locais de superfície com sensibilidade diferente, "explicou Alexander Mironenko, o projetista do sensor, e um associado sênior de pesquisa do Instituto de Química, FEB RAS.

Os cientistas afirmaram que a fabricação da nova plataforma de sensor deve ser bastante barata em comparação com os análogos existentes. Além disso, o mesmo sensor pode ser usado várias vezes. Ele pode se tornar uma parte dos sistemas de sensores de gás que garantem a segurança pública e ecológica.

Os participantes do trabalho representaram a Universidade Federal do Extremo Oriente, Instituto de Química e Instituto de Processos de Automação e Gestão da Filial do Extremo Oriente da Academia Russa de Ciências, Swinburne University of Technology, e Melbourne Centre for Nanofabrication.