В исследовании, недавно изданном в американском журнале Chemical Society Нано ACS, команда описывает, как двумерный, металлический материал под названием MXene может использоваться в качестве очень чувствительного датчика газообразных химикатов. Бумага предполагает, что MXene может взять химикаты, такие как аммиак и ацетон, которые являются индикаторами язв и диабета в намного более низких следах, чем датчики, в настоящее время используясь в медицинской диагностике.«MXene – один из самых чувствительных газовых датчиков, когда-либо сообщал.
Это исследование значительное, потому что оно расширяет диапазон для обнаружения общих газов, разрешающих нам обнаружить очень низкие концентрации, которые мы не смогли обнаружить прежде», сказал Юрий Гогоци, доктор философии, Выдающийся профессор Университета и Холостяка в Колледже Дрекселя Разработки, который был ведущим автором Drexel исследования. «Высокая чувствительность устройства может использоваться для обнаружения токсичных газов или загрязнителей, найденных в нашей среде».Nanomaterials Research Group Гоготси, от Отдела Дрекселя Материаловедения и Разработки, подошла к Хи-Тэ Юнгу, доктору философии, преподавателю в KAIST в Тэджоне, Южная Корея, чтобы исследовать ощущающие газ свойства карбида титана MXene.
Ключ к его превосходным выслеживающим аромат возможностям – то, что MXene и очень проводящий и претерпевает измеримое изменение электрической проводимости в присутствии химиката, который это разработано, чтобы обнаружить – и только когда тот конкретный химикат присутствует.Эту проницательность называют отношением «сигнала к шуму» в мире химических датчиков, и это используется, чтобы оценить качество датчиков – улавливающий больше сигнала, и меньше шума – цель.
У тех в использовании сегодня – главным образом в медицинском окружении, чтобы обнаружить химикаты как ацетон, этанол и propanol, или в алкогольно-респираторных трубках, чтобы обнаружить алкоголь – есть отношение сигнал-шум между 3-10, MXene’s между 170 и 350, в зависимости от химиката.«Если материал может ответить на газы, дав мощный сигнал, одновременно будучи проводящим и достигающим низким электрическим шумом, датчик может обнаружить газы при очень низких концентрациях, потому что отношение сигнал-шум высоко – это ясно имеет место с MXene», сказал Гоготси. «MXene может обнаружить газы в этих 50-100 частях за миллиард диапазонов, который является ниже концентрации, необходимой для датчиков тока, чтобы диагностировать диабет и много других санитарных условий».Этот уровень чувствительности мог быть чрезвычайно важен для диагностики болезни.
В дополнение к язвам и диабету, анализ дыхания в настоящее время развивается для раннего диагноза многократных типов рака, цирроза печени, рассеянного склероза и болезни почек. Если химические индикаторы для этих болезней могут быть определены в более низких концентрациях, им, более вероятно, будут диагностировать и рассматривать в более ранних стадиях.Преимущество MXENE перед обычными материалами датчика заключается в его пористой структуре и химическом составе.
Материал способен и к разрешению газовых молекул преодолеть его поверхность и ловлю или адсорбирование, определенные, которые химически привлечены к нему, показав хорошую селективность.Команда Гоготси исследовала MXenes начиная с открытия материала в Drexel в 2011.
Группа была в состоянии создать и изучить больше чем две дюжины различных химических составов для материала, что означает, что они могли использоваться, чтобы создать датчики для очень большого разнообразия газов.В будущем предлагает Gogotsi, датчики MXene могли играть важную роль в экологическом мониторинге, сборе и преобразовании побочной энергии и хранении, а также здравоохранении.
«Следующий шаг, который продвинет это исследование, должен будет развивать чувствительность датчика к различным типам газов и улучшить селективность обнаружения между различными газами», сказал Гоготси. «Мы можем также вообразить личные датчики, которые будут в наших смартфонах или шпионах фитнеса, функциях контролирующего органа и окружающей среде, в то время как мы работаем, спим или тренируемся, доступный с сигналом пальца. Улучшение чувствительности обнаружения с новыми материалами является первым шагом к деланию этих устройств реальностью».
Это исследование было поддержано Министерством Науки, ICT, и будущего Планирования и Ведущей Иностранной Программы Вербовки Научно-исследовательского института, финансируемой корейским Национальным Исследовательский фондом через NNFC-KAIST-Drexel ПЕРВЫЙ Центр Кооператива Nano2. Это исследование использовало ресурсы Национального энергетического Исследования Научный Вычислительный центр и Офис Науки об американском Министерстве энергетики.