Uma equipe da Faculdade de Física da Universidade Estadual de Moscou Lomonosov sugeriu o uso de matrizes de nanofios de silício poroso em sensores de gás altamente sensíveis. Esses dispositivos serão capazes de detectar a presença de moléculas de gases tóxicos e não tóxicos no ar em temperatura ambiente. Os resultados do estudo foram publicados em Physica Status Solidi A:Aplicações e Ciência dos Materiais .

Levando em consideração os altos níveis de poluição ambiental no mundo moderno, é importante desenvolver dispositivos sensíveis capazes de identificar moléculas em fase gasosa de forma precisa e seletiva. Contudo, a maioria dos sensores de gás modernos só funcionam em altas temperaturas, o que limita o âmbito da sua aplicação. Portanto, o desenvolvimento de reutilizáveis, detectores de gás altamente sensíveis trabalhando em temperatura ambiente são uma área importante da física moderna.

Os cientistas da MSU sugeriram o uso de matrizes de nanofios de silício poroso como elementos sensíveis de tais detectores. Eles podem ser obtidos por meio de um método barato de corrosão química assistida por metal. É baseado em corrosão química seletiva, isto é, remoção parcial da camada superficial de um silício cristalino a granel com o uso de nanopartículas de metal como catalisador. Além disso, o procedimento é rápido - pelo menos 100 elementos podem ser produzidos em um laboratório em apenas uma hora.

Cada sensor consiste em uma matriz de nanofios de silício organizados de 10 mícrons com diâmetros que variam de 100 a 200 nm. Cada nanofio possui estrutura cristalina porosa. O tamanho dos cristais de silício e poros entre eles em um nanofio individual, varia de três a cinco nanômetros.

Os autores demonstraram que tais nanofios porosos possuem uma grande área de superfície específica devido à qual suas propriedades físicas e químicas são extremamente sensíveis ao ambiente molecular. Verificou-se também que as amostras obtidas exibiram uma fotoluminescência efetiva na região do espectro vermelho à temperatura ambiente.

"Pela primeira vez, mostramos que a fotoluminescência de nanofios de silício é extinta em oxigênio (O ₂ ) atmosfera, mas depois restaurada aos valores iniciais na atmosfera de um gás nobre - nitrogênio (N ₂ ) Isso é repetido em vários ciclos de adsorção-dessorção, "disse Liubov Osminkina, o chefe do grupo científico.

Os cientistas explicaram os resultados experimentais com um modelo microscópico de acordo com o qual a sensibilidade das propriedades ópticas das amostras ao seu ambiente molecular é determinada por carga reversível e descarga de centros de Pb - defeitos como ligações pendentes de silício na superfície dos nanofios. Os autores confirmaram o modelo com medidas feitas usando o método de ressonância paramagnética eletrônica que ajuda a determinar a existência e concentração de centros de Pb.

"O que é importante é que nossos sensores baseados em nanofios porosos funcionam em temperaturas domésticas e também são reutilizáveis, porque todos os efeitos observados foram completamente reversíveis, "acrescentou Liubov Osminkina.

Os novos sensores podem ser usados ​​tanto para o controle eficaz dos níveis de poluição do meio ambiente quanto para o monitoramento da composição do ar em espaços fechados, das salas de aula às estações espaciais.