Los compuestos orgánicos volátiles COV son un grupo de productos químicos a base de carbono con bajos puntos de evaporación o vaporización. Algunos COV son perjudiciales para la salud animal o ambiental, por lo que detectar estos gases es importante para mantener la salud y la seguridad. Los COV también se producen en la naturaleza ypuede ser útil en diagnósticos médicos, que requieren sensores altamente sensibles para ser efectivos.
En un esfuerzo por mejorar la detección de COV, una colaboración de investigadores japoneses de la Universidad de Kumamoto, el Centro de Tecnología Industrial de Fukuoka y la Universidad de Tohoku se propuso mejorar la sensibilidad del sensor modificando los tamaños de partículas y poros del dióxido de estaño SnO 2 nanocristales en la película de detección.Sabían que el tamaño de partícula era un factor determinante en la respuesta del sensor, por lo que formularon un método para sintetizar SnO 2 partículas de diferentes tamaños y patrones de distribución de poros, y realizó un análisis para determinar la morfología óptima de partículas de la película del sensor para varios gases.
Usando un método hidrotermal, los investigadores sintetizaron SnO 2 nanocubos y nanorods, y creó películas con detección de gases de varios tamaños de poros y partículas. Los nanocristales creados en este experimento se desarrollaron utilizando moléculas orgánicas en una solución ácida, que es una diferencia importante con respecto a experimentos anteriores que usaron cationes en una solución alcalina.Las películas hechas de nanocubos tenían poros muy pequeños, menos de 10 nm, mientras que las películas hechas con nanorods eran claramente porosas con tamaños de poro mayores a 10 nm SnO cargado con paladio Pd 2 los nanocristales también se sintetizaron para probar la idea de que la carga de Pd mejoraría la respuesta del sensor al cambiar los tamaños de poro. Los gases utilizados para probar los nuevos sensores fueron hidrógeno 200 ppm, etanol 100 ppm y acetona 100 ppm, cada uno de los cuales son biomarcadores conocidos para la mala absorción de glucosa, la intoxicación por alcohol y la cetoacidosis diabética respectivamente. La respuesta del sensor S se calculó utilizando una relación de resistencia eléctrica producida en el aire Ra a la resistencia producida por el gas de prueba Rg S = Ra / Rg.
El equipo de investigación descubrió que los sensores tenían la mejor respuesta cuando se usaban nanorods largos 500 nm a una temperatura de aproximadamente 250 grados Celsius, excepto el H 2 sensor, que respondió mejor a una temperatura de 300 grados centígrados con nanocubos. Además, los sensores cargados con Pd tuvieron una respuesta mejorada a 250 grados centígrados con nanorods largos siendo la mejor morfología de nanocristales para cada uno de los gases probados ". Nuestros experimentosmuestran que los sensores de nanocristales TiO2 con tamaños de poro más grandes dieron las mejores respuestas de sensores. En particular, encontramos una sensibilidad ultra alta que aumenta en cinco órdenes de magnitud en los dispositivos con mayor tamaño de poro, los sensores de nanorod largos ", dijo el profesor TetsuyaKida de la Universidad de Kumamoto: "Esto nos dice que es beneficioso tener un control preciso sobre los métodos de fabricación de este tipo de sensores".
Las simulaciones han estimado que los niveles de detección de etanol están en el rango inferior de partes por mil millones, lo que significa que los dispositivos podrían detectar de manera factible biomarcadores de alcohol en el aliento de un paciente.
Un inconveniente de los nuevos sensores es su tiempo de recuperación relativamente largo. Aunque el tiempo de respuesta fue rápido, entre 15 y 21 segundos, el tiempo de recuperación cayó entre 157 y 230 minutos. Se pensó que esto era causado por los subproductos de reacción que permanecían enla superficie de la película del sensor. Además, los resultados experimentales y de simulación para el etanol mostraron que los sensores con tamaños de poro superiores a 80 nm son propensos a saturarse. Sin embargo, es probable que esto pueda superarse mediante la optimización del tamaño de poro y controlando la resistencia eléctrica de la película del sensor.
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Materiales proporcionados por Universidad de Kumamoto . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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