Un equipo interdisciplinario de científicos del Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. NRL demostró que los dichalcogenuros de metal de transición 2D TMD monocapas - semiconductores atómicamente delgados - experimentan un cambio de fase semiconductora a metálica cuando se exponen a vapores químicos en el aire.
El equipo validó la evidencia óptica y electrónica de la transición de fase y cómo se puede usar el comportamiento para crear una clase completamente nueva de sensores de vapor químico. Esta nueva clase de instrumentos es potencialmente más sensible que los modelos de vanguardia actuales, y selectivo para agentes nerviosos específicos y compuestos explosivos que son de gran preocupación en los campos de batalla de hoy.
Desde el descubrimiento en 2004-2005 de que las películas monocapa de TMD pueden aislarse de materiales a granel debido a la débil unión entre capas de átomos, conocida como unión de van der Waals, estos materiales continúan revelando comportamientos y propiedades nuevos y notables.
"Estos materiales son extremadamente prometedores para las aplicaciones de detección de vapor químico porque el espesor inherente de pocos átomos del material mejora en gran medida su sensibilidad incluso a la perturbación superficial más pequeña", dijo el Dr. Adam L. Friedman, físico investigador, Ciencia de Materiales yDivisión de Tecnología ". Aparte del interés inmediato por la investigación básica, ya que este método particular de creación de transición de fase en TMD nunca antes se había observado o explorado, tiene una gran aplicación potencial en un nuevo tipo de sensor de vapor químico multifuncional basado en fases"
Los TMD monocapa ofrecen posibles avances tecnológicos sobre los modelos de materiales actuales, lo que allana el camino para dispositivos económicos, flexibles y de alto rendimiento que explotan su funcionalidad única dominada por la superficie.
abreviado químicamente como MX2, donde M es un metal de transición y X es un calcógeno, los TMD de monocapa incluyen aislantes, semiconductores, metales y otros tipos de materiales, e incluyen una variedad de propiedades que no se observan en sus equivalentes de material a granel. Ciertas películasresponder selectivamente a través de un proceso de transferencia de carga a una clase de analitos que incluye agentes nerviosos, como el agente venenoso X VX, una cantidad microscópica de analito que se encuentra en la superficie del TMD actúa como donante de electrones y agente reductor local, que puede medirseafecta la conductancia de la película.
El equipo de NRL planteó la hipótesis de que ciertos analitos químicos de donantes de electrones fuertes, como los relevantes para detectar ciertos agentes nerviosos y explosivos, también pueden proporcionar suficiente transferencia de carga al TMD para lograr un cambio de fase. Para probar su hipótesis, los investigadores expusieron el TMD de monocapafilmaron a analitos de vapor químico de donantes de electrones fuertes y los monitorearon para determinar su conductancia y respuesta óptica. Descubrieron que la respuesta de conductancia de sus dispositivos cesó después de una exposición moderada y la magnitud general de la conductancia aumentó abruptamente significativamente en ese momento, lo que señaló un cambio de fase.La respuesta óptica también corroboró un cambio de fase.
Friedman dijo: "Armamos un conjunto de datos excepcionalmente grande que incluía múltiples métodos de medición de este tipo de películas y concluimos que el comportamiento que observamos no se debe al dopaje y probablemente se deba a cambios de fase localizados parciales en las áreasde la película TMD donde el analito débilmente adsorbido transfiere la carga a la red ".
Este comportamiento recién descubierto abre una posibilidad completamente nueva para dispositivos de sensores de vapor químicos versátiles, flexibles y de baja potencia. Si se puede aprovechar la transición de fase para detectar directamente analitos de donantes de electrones fuertes, creará un modelo de detección de vapor químico completamente nuevoPermitirá que las mediciones ópticas de tipo pasivo se combinen con, o se usen por separado, de las mediciones de conductancia activa para identificar los vapores de analitos, todos con el mismo dispositivo y se utilizarán como el mecanismo operativo para un nuevo método para identificar compuestos químicos y la presencia devapor peligroso.
Estudios previos de cambios de fase sin difusión similares han mostrado velocidades en el rango de nanosegundos, y los dispositivos previstos también serán rápidos, lo que excederá el estado del arte en velocidad de detección. Debido a la cantidad de carga necesaria para inducir una faseEl cambio en cada material TMD es diferente, un conjunto de materiales TMD de detección simultánea permitirá detectar e incluso varios donantes / aceptores de electrones de fuerza e incluso identificarlos con la redundancia necesaria para minimizar el error. Debido a sus bajos requisitos de espacio y gasto, estos sensores también puedense puede combinar fácilmente con sensores de corriente para crear un instrumento aún más versátil para las plataformas actuales del Departamento de Defensa DoD.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio de Investigación Naval . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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