Crédito: Sensores ACS (2020). DOI:10.1021 / acssensors.9b02318
Um dispositivo detector integrado pode formar a base de uma rede distribuída de sensores de qualidade do ar.
O projeto de um sensor eletrônico que soa o alarme se os gases tóxicos industriais e de exaustão de veículos excederem os níveis de segurança pode levar a um ar mais limpo em muitas cidades. Os pesquisadores da KAUST desenvolveram um pequeno, dispositivo de baixo custo que detecta dióxido de nitrogênio (NO 2 ); pode ser implantado em potenciais pontos de acesso nas cidades, alertando as autoridades se os níveis do gás prejudicial começarem a aumentar.
Mais existente NÃO 2 detectores são grandes, máquinas complexas adequadas para uso em laboratório, enquanto o novo dispositivo compacto é projetado para fazer parte de uma rede distribuída de sensores de qualidade do ar. "Nosso sensor exibe sensibilidade e seletividade muito altas para NO 2 , opera em temperatura ambiente e tem consumo de energia muito baixo, "diz Mani Vijjapu, um Ph.D. estudante no laboratório de Khaled Salama, quem liderou a pesquisa.
Contudo, a maior vantagem sobre os projetos anteriores é que o detector de gás reúne todos os componentes de detecção e processamento de sinal necessários em um simples, sistema totalmente integrado, Vijjapu diz. Apesar de sua simplicidade, o sinal de saída do dispositivo varia de acordo com NÃO 2 concentração.
O alto desempenho do detector de gás, baixo consumo de energia e design totalmente integrado derivam do NÃO 2 -sensing transistor de filme fino no núcleo do dispositivo. Os sensores anteriores usaram óxidos de metal que são sensíveis a NO 2 somente quando aquecido ou continuamente irradiado com luz. Desta vez, a equipe usou um semicondutor chamado óxido de índio, gálio e zinco (IGZO). "Como um sensor de gás, o transistor de filme fino baseado em IGZO tem benefícios multifacetados, "diz Sandeep Surya, pesquisador de pós-doutorado na equipe de Salama.
O transistor de película fina IGZO atua como um componente eletrônico do dispositivo e também como o NO 2 -camada de detecção. O NÃO com forte aceitação de elétrons 2 molécula é atraída para os elétrons na superfície do transistor. Quanto mais NÃO 2 moléculas que aderem ao IGZO, quanto mais elétrons são esgotados de sua superfície, alterando sua saída eletrônica e disparando um NÃO 2 alerta de detecção.
Após um evento de detecção, o sensor é redefinido revivendo a camada IGZO com a luz de um LED azul integrado. Semelhante a uma célula solar, a luz gera elétrons carregados negativamente e buracos carregados positivamente no IGZO, que neutraliza o NO adsorvido 2 e o libera da superfície. "Este é o primeiro estudo a alcançar a detecção e reanimação de um sensor transistor de filme fino semicondutor à base de óxido de metal em temperatura ambiente, "diz Surya.
"O próximo passo é traduzir nossa pesquisa em um protótipo e talvez até mesmo um produto trabalhando com a indústria, "Salama diz." Também estamos interessados em explorar outros materiais para detectar outros gases perigosos no meio ambiente. "
