p (Phys.org) - Cientistas do Laboratório de Pesquisa Naval desenvolveram um sensor de vapor baseado em novos materiais de monocamada que mostram grande potencial para futuros dispositivos eletrônicos em nanoescala. p Os cientistas da NRL fabricaram este sensor usando uma única monocamada de dissulfeto de molibdênio (MoS ₂ ) em uma bolacha de dióxido de silício. Eles mostram que ele funciona efetivamente como um sensor de vapor químico, exibindo reatividade altamente seletiva a uma gama de analitos, e fornecer transdução sensível de eventos de fisissorção de superfície transitória para a condutância do canal de monocamada. A alta relação superfície-volume de tais novos materiais bidimensionais é um ativo significativo para aplicações de sensor de vapor - esses materiais devem exibir uma resposta rápida e seletiva a uma gama de analitos (determinada pelo caráter dos sítios atômicos de superfície), transdução sensível da perturbação para a resistência elétrica do canal, e recuperação rápida após a remoção do vapor. Um relatório completo deste trabalho está publicado na revista. Nano Letras .

p Muito trabalho foi feito anteriormente no desenvolvimento de nanotubos de carbono como sensores. Os nanotubos de carbono são muito responsivos, mas não tão seletivos quanto precisam ser, a menos que sejam quimicamente funcionalizados, o que adiciona complexidade e despesas ao processo de fabricação. Os pesquisadores também analisaram o grafeno, uma única camada de átomos de carbono em uma estrutura de favo de mel, como um sensor de vapor. Contudo, o grafeno mostra uma resposta relativamente fraca aos vários analitos e não é muito seletivo. Ele também responde ao vapor de água, o que o torna menos desejável como sensor, uma vez que o vapor de água é encontrado em todos os lugares. Dr. Berry Jonker do NRL observa, "Você não sabe se está sentindo vapor de água ou gás nervoso. Devo correr porque a umidade é alta, ou porque houve um lançamento de sarin? "The MoS ₂ os sensores desenvolvidos na NRL oferecem excelente potencial porque são muito responsivos e altamente seletivos.

p A equipe de pesquisa do NRL testou seu MoS bidimensional ₂ sensores, expondo-os a uma variedade de vapores de analito, incluindo produtos químicos industriais comuns e solventes, bem como subprodutos, simulantes ou precursores de explosivos e agentes nervosos. Seu objetivo era ver como a exposição a esses analitos afetava a capacidade do sensor de conduzir carga elétrica. Eles descobriram que a presença de alguns analitos específicos mudou significativamente a condutividade do MoS ₂ canal. A interação é transitória, Dr. Jonker explica - a molécula não adere permanentemente à superfície, mas reside brevemente ou interage com a superfície para alterar a condutividade do canal, conforme ilustrado na figura. A substância é ligada de forma muito fraca através de um processo denominado fisissorção. Conforme a concentração no ar muda, o mesmo acontece com a quantidade na superfície, e a condutividade muda de acordo. Isso pode ser útil para localizar a fonte de um vapor.

p Em particular, o MoS ₂ sensor é sensível a trietilamina (TEA), um produto químico associado aos agentes de gases nervosos da série V. Mas o sensor desenvolvido pelo NRL não responde a muitos produtos químicos comuns não perigosos que, de outra forma, dariam muitos alarmes falsos.

p A equipe de pesquisa do NRL também observou que a polaridade da monocamada MoS ₂ a resposta do sensor é tipicamente oposta à de um sensor de nanotubo de carbono. Eles apresentam um modelo de interação analito / sensor em que o analito atua como doador ou aceitador de elétrons, produzir uma perturbação de carga temporária do material do sensor. Então, se os dois tipos de sensores foram usados ​​em combinação, então, o nível de confiança da leitura pode ser significativamente aumentado. Oficiais de segurança ou combatentes usando um sensor que combinou os dois (nanotubos de carbono e MoS ₂ ) poderia trabalhar com maior confiança de que o sensor está realmente detectando um determinado analito, como TEA, em vez de outra coisa.

p Outros materiais de monocamada 2D (MoSe ₂ , TaS ₂ , WSe ₂ , NbSe ₂ , MgB ₂ , BN, etc) são susceptíveis de oferecer sensibilidades complementares devido às diferentes composições químicas e ligações. A equipe de pesquisa do NRL prevê o desenvolvimento de conjuntos desses sensores de material 2D e nanotubos de carbono com responsividades complementares, integrado com amplificadores de transistor fabricados com os mesmos materiais, permitindo a identificação inequívoca de uma ampla gama de analitos em um pacote muito compacto e de baixo consumo de energia.