p Pesquisadores do Instituto Indiano de Ciência (IISc) desenvolveram um sistema altamente sensível, nanossensor de baixo custo que pode detectar rapidamente mudanças mínimas nos níveis de monóxido de carbono (CO), com aplicações potenciais no monitoramento da poluição ambiental. p A equipe usou uma nova técnica de fabricação que exclui a litografia, um processo demorado e caro, para construir uma nanoestrutura semelhante a um favo de mel composta de óxido de zinco. O sensor foi capaz de detectar uma diferença no nível de CO tão baixo quanto 500 partes por bilhão e responder seletivamente ao CO mesmo na presença de outros gases. A técnica de não litografia também reduz significativamente o tempo e os custos envolvidos na fabricação de sensores de gás nanoestruturados.

p O estudo foi realizado por Chandra Shekhar Prajapati, pós-doutorado, e Navakanta Bhat, Presidente e Professor, Centro de Nanociência e Engenharia (CeNSE), IISc, junto com pesquisadores do KTH Royal Institute of Technology, Suécia.

p "O tamanho do próprio sensor é inferior a 1 mm, "diz Bhat." Se você combiná-lo com o resto da eletrônica de processamento de sinal e um pequeno display, não pode ser mais do que alguns cm. Isso pode ser integrado com um telefone celular ou um pequeno dispositivo a cada sinal de trânsito que pode transmitir os dados para o seu telefone celular através de Bluetooth. "

p Sensores de CO microusinados convencionais têm uma camada plana de óxido de zinco, um semicondutor de óxido de metal, através do qual a corrente flui. Quando exposto ao CO, a resistência da camada muda, afetando a quantidade de corrente que flui. Quanto as mudanças de resistência podem ser mapeadas para quanto CO existe.

p A criação de nanoestruturas em óxido de zinco plano melhora a sensibilidade, à medida que a área disponível para a interação do gás aumenta. Contudo, fazer esses nanossensores usando litografia tradicional - um processo demorado, processo de várias etapas em que os modelos de óxido de metal são gravados em um material sensível à luz - requer equipamento sofisticado.

p Em vez de, os pesquisadores usaram minúsculas gotas de poliestireno que se organizam em uma camada compacta quando espalhadas sobre uma superfície de silício oxidado. Quando o óxido de zinco é adicionado, ele se acomoda nas lacunas hexagonais entre as contas. Quando as contas são então "retiradas, "o que resta é um favo de mel 3-D de óxido de zinco, com uma área de superfície muito maior disponível para interação de gás do que uma placa plana.

p A técnica pode custar significativamente menos do que os métodos baseados em litografia, dizem os pesquisadores. "Você pode comprar um pacote dessas contas de poliestireno de tamanho mícron no mercado por Rs. 4000-5000, que pode ser usado para criar nanoestruturas em milhares de sensores. Isso resulta em redução de custo significativa em comparação com técnicas tradicionais baseadas em litografia para formar tais favos de mel, "diz Prajapati. Além disso, o processo leva apenas alguns minutos, enquanto os métodos de várias etapas baseados em litografia podem levar algumas horas, ele adiciona.

p Para aplicações ambientais, os sensores de gás precisam ser altamente sensíveis (detectar níveis muito baixos) e seletivos (detectar um gás específico na presença de outros gases). Os pesquisadores desenvolveram sensores com diferentes larguras de parede em favo de mel, e descobriram que aquele com a menor largura (~ 100 nm) foi capaz de detectar uma mudança de até 500 partes por bilhão na concentração de CO. Quando testado com uma mistura de gases, o sensor também mostrou uma resposta nitidamente maior para CO.

p O método à base de poliestireno pode ser usado para desenvolver nanoestruturas em favo de mel semelhantes para outros óxidos de metal para detectar outros gases, dizem os pesquisadores. "O que temos é uma plataforma genérica. Você pode fazer a mesma nanoestruturação para diferentes sensores semicondutores de óxido metálico, "diz Bhat.

p Bhat e sua equipe têm trabalhado no desenvolvimento de sensores em miniatura para monitoramento da qualidade do ar há vários anos. Eles desenvolveram anteriormente uma matriz de sensores híbridos para detectar quatro gases diferentes simultaneamente.