Новые датчики из нанопроволоки — следующий шаг в Интернете вещей

Прочитано: 72 раз(а)


Новый крошечный датчик диоксида азота может помочь защитить окружающую среду от загрязняющих веществ, вызывающих заболевания легких и кислотные дожди.

Исследователи из TMOS, Центра передового опыта по трансформационным метаоптическим системам Австралийского исследовательского совета, разработали датчик, сделанный из массива нанопроволок со стороной в одну пятую миллиметра, что означает, что его можно легко встроить в кремниевый чип. .

В исследовании, опубликованном в последнем выпуске Advanced Materials , доктор философии. Ученый из команды Австралийского национального университета Центра и ведущий автор Шию Вей описывает датчик как не требующий источника питания , поскольку он работает от собственного генератора на солнечной энергии.

Вэй говорит: «Поскольку мы интегрируем подобные устройства в сеть датчиков для технологии Интернета вещей, низкое энергопотребление является огромным преимуществом с точки зрения размера системы и стоимости. Датчик можно установить в вашем автомобиле со звуковым сигналом и оповещения, отправленные на ваш телефон, если он обнаружит опасные уровни диоксида азота, выбрасываемого из выхлопных газов».

Соавтор, доктор Чжэ Ли, говорит: «Это устройство — только начало. Его также можно адаптировать для обнаружения других газов, таких как ацетон, который можно использовать в качестве неинвазивного дыхательного теста на кетоз, включая диабетический кетоз, который может спасти бесчисленное количество жизней.

Существующие газоанализаторы громоздкие и медленные, и для их работы требуется обученный оператор. Напротив, новое устройство может быстро и легко измерять менее 1 части на миллиард, а прототип TMOS использовал интерфейс USB для подключения к компьютеру.

Двуокись азота относится к категории загрязнителей NOx. Помимо того, что он способствует кислотным дождям, он опасен для человека даже в небольших концентрациях. Это обычный загрязнитель от автомобилей, а также создается в помещении газовыми плитами.

Ключом к устройству является PN-переход — двигатель солнечного элемента — в форме нанопроволоки (небольшой шестиугольный столбик диаметром около 100 нанометров, высотой 3–4 микрона), сидящий на основании. Упорядоченный массив из тысяч солнечных элементов из нанопроволоки, расположенных на расстоянии около 600 нанометров друг от друга, сформировал датчик.

Все устройство было изготовлено из фосфида индия , с основанием, легированным цинком, чтобы сформировать P-часть, и секции N на кончике нанопроволок, легированной кремнием. Средняя часть каждой нанопроволоки не была легирована (внутренний участок, I), разделяющий участки P и N.

Свет, падающий на устройство, вызывает протекание небольшого тока между секциями N и P. Однако, если к внутренней средней части PN-перехода прикасается какой-либо диоксид азота, который является сильным окислителем, отсасывающим электроны, это вызовет падение тока.

Размер провала позволяет рассчитать концентрацию диоксида азота в воздухе. Численное моделирование, проведенное доктором Чжэ Ли, докторантом в EME, показало, что конструкция и изготовление PN-перехода имеют решающее значение для максимизации сигнала.

Характеристики двуокиси азота — сильная адсорбция, сильное окисление — позволяют легко отличить фосфид индия от других газов. Датчик также может быть оптимизирован для обнаружения других газов путем функционализации поверхности нанопроволоки из фосфида индия.

Главный исследователь TMOS профессор Лан Фу, руководитель исследовательской группы, говорит: «Конечная цель состоит в том, чтобы обнаруживать несколько газов на одном маленьком чипе. Помимо загрязнителей окружающей среды, эти датчики можно использовать в здравоохранении, например, для тестов дыхания на биомаркеры. болезни.

«Крошечный датчик газа легко интегрируется и масштабируется. Это, в сочетании с метаоптикой, обещает создание мультиплексных датчиков с высокой производительностью и множеством функций, что позволит им вписаться в сети интеллектуальных датчиков. TMOS — это сеть исследовательских групп по всему миру. Австралия посвятила себя развитию этой области.

«Технологии, которые мы разрабатываем, изменят нашу жизнь и общество в ближайшие годы благодаря широкомасштабному внедрению технологии Интернета вещей для сбора данных в режиме реального времени и автономного реагирования в таких приложениях, как мониторинг загрязнения воздуха, обнаружение промышленных химических опасностей, умные города, и личной заботы о здоровье».

Новые датчики из нанопроволоки — следующий шаг в Интернете вещей



Новости партнеров