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Un equipo de investigadores del Instituto de Investigación de Estándares y Ciencias de Corea ha desarrollado un sensor de gases tóxicos increíblemente sensible que rivaliza con los dispositivos existentes. A temperatura ambiente, este sensor tiene una sensibilidad extremadamente alta y un bajo consumo de energía, lo que le permite monitorear con precisión el dióxido de nitrógeno (NO).2), una sustancia química peligrosa en la atmósfera. Tiene aplicaciones en muchas áreas diferentes, incluida la identificación de gases residuales en la fabricación de semiconductores y el estudio de catalizadores de electrólisis.
NO2, un subproducto de la combustión a alta temperatura de combustibles fósiles, liberado en gran medida a través de los gases de escape de los automóviles o el humo de la fabricación, está contribuyendo a un aumento de la mortalidad por contaminación del aire. El contenido medio anual de NO2 en el aire en Corea del Sur está limitado a 30 ppb o menos por decreto presidencial. Por tanto, se necesitan sensores muy sensibles para detectar gases en concentraciones extremadamente bajas.
La aparición de sectores de alta tecnología, como la producción de semiconductores, ha provocado un aumento del uso de gases peligrosos que suponen una amenaza para la salud humana. Aunque en algunas empresas y laboratorios se utilizan sensores semiconductores por motivos de seguridad, su baja sensibilidad significa que no pueden detectar gases nocivos que incluso el olfato humano podría detectar. En última instancia, consumen mucha energía porque tienen que funcionar a altas temperaturas para maximizar la sensibilidad.
En comparación con los sensores tradicionales, el sensor recientemente desarrollado, un sensor semiconductor de gas venenoso de próxima generación basado en materiales avanzados, tiene un rendimiento y una usabilidad significativamente mejores. El nuevo sensor puede detectar NO2 Debido a su excepcional sensibilidad a las reacciones químicas, es 60 veces más sensible que los sensores semiconductores descritos anteriormente.
Además, el innovador sensor consume muy poca energía cuando funciona a temperatura ambiente y su técnica ideal de producción de semiconductores permite la síntesis a gran escala a bajas temperaturas, lo que reduce los costos de fabricación.
KRISS produjo una sustancia llamada MoS2 Nanorama que guarda el secreto de la tecnología. La sensibilidad aumenta porque este material está fabricado en una estructura 3D que recuerda a las ramas de los árboles, a diferencia de la típica forma plana 2D del MoS.2.
Su capacidad para sintetizar materiales de manera uniforme sobre una gran superficie se ve mejorada por la capacidad de crear estructuras 3D sin la necesidad de procesos adicionales modificando la proporción de carbono en la materia prima.
A través de demostraciones prácticas, el equipo de Metrología Integrada de KRISS Semiconductor ha demostrado que su sensor de gas puede identificar NO2 en la zona a sólo 5 partes por mil millones. Con un límite de detección estimado de 1,58 ppt, el sensor tiene la sensibilidad más alta del mundo.
Este logro permite una medición precisa de NO con un bajo consumo de energía.2 en el monitoreo atmosférico. El sensor ofrece una resolución excelente y ahorra tiempo y dinero. Con su capacidad para medir cambios en tiempo real y determinar cantidades promedio anuales de NO2Se espera que se siga estudiando la mejora de las condiciones atmosféricas.
Este método también ofrece la posibilidad de cambiar las propiedades electroquímicas variando la concentración de carbono de la materia prima durante el paso de producción del material. Esto podría usarse para crear sensores que también puedan identificar gases distintos del NO.2incluidos los gases subproductos producidos durante la fabricación de semiconductores.
La excepcional reactividad química del material también se puede utilizar para mejorar la eficiencia de los catalizadores de electrólisis para producir hidrógeno.
Esta tecnología, que supera las limitaciones de los sensores de gas tradicionales, no sólo cumplirá con los requisitos reglamentarios sino que también permitirá un seguimiento preciso de las condiciones atmosféricas del hogar. Continuaremos con la investigación de seguimiento para que esta tecnología pueda aplicarse al desarrollo de varios sensores y catalizadores de gases tóxicos más allá del monitoreo de NO.2 en la atmósfera.
Dr. Jihun Mun, investigador principal, Instituto de Investigación de Estándares y Ciencias de Corea
Referencia de la revista:
Canción, J., et. Alabama. (2023) MOCVD de C-MoS jerárquico2 Nanoramas para nivel ppt NO2 Reconocimiento. Pequeñas estructuras. doi:10.1002/sstr.202200392
Fuente: https://www.nst.re.kr/eng/index.do
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