Des scientifiques de l'Université fédérale d'Extrême-Orient (FEFU), Branche extrême-orientale de l'Académie des sciences de Russie, Université de technologie de Swinburne, et le Melbourne Center for Nanofabrication ont développé un détecteur ultrasensible à base de silicium noir. L'appareil est capable de détecter des traces de composés nitroaromatiques et peut être utilisé pour identifier la majorité des explosifs ou des polluants hautement toxiques pour des évaluations médicales et médico-légales. L'article correspondant a été publié dans Capteurs ACS .

Le nouveau capteur est basé sur ce qu'on appelle le "silicium noir" qui est fabriqué par gravure réactive haute performance de substrats de silicium disponibles dans le commerce. Un tel silicium gravé a une surface hérissée nanostructurée présentant des propriétés optiques uniques. Après gravure, la surface est recouverte d'une monocouche de molécules de carbazole. Ce processus est appelé fonctionnalisation chimique car les molécules attachées confèrent au substrat une certaine fonction importante, à savoir, la capacité de lier et de concentrer les composés nitroaromatiques à la surface. La monocouche de carbazole rend le dispositif sensible à des substances nitroaromatiques aussi répandues que le nitrobenzène, o-nitrotoluène, 2,4-dinitrotoluène, etc. Cependant, le capteur ne réagit pas à la présence d'autres molécules, comme le benzène, toluène, tétrachlorométhane, méthanol, éthanol, etc.

"Les composés nitroaromatiques peuvent être trouvés dans les eaux usées des usines de peinture ou des installations militaires et sont extrêmement dangereux pour l'environnement. De plus, ils font également partie de nombreux explosifs. Leur détection à l'état de traces représente une tâche pratique importante et complexe. Notre plateforme de capteurs identifie la présence de composés nitroaromatiques en enregistrant les changements du spectre de luminescence de la couche fonctionnelle de carbazole qui réagit sélectivement aux molécules nitroaromatiques, " a déclaré Alexandre Kuchmizhak, chercheur associé au Centre VR et AR de la Science et de la Technologie, FEFU.

Selon le scientifique, Le silicium noir nanostructuré utilisé comme base du dispositif lui confère une haute sensibilité et une plage de mesure dynamique sans précédent. En laboratoire, le capteur est capable de fournir des informations sur la présence de molécules toxiques dans des liquides ou des gaz en quelques minutes.

« La combinaison de propriétés morphologiques et optiques uniques du silicium noir combinées à des méthodes de chimie de surface faciles à mettre en œuvre utilisées pour fonctionnaliser la surface du silicium avec des molécules de carbazole a permis d'atteindre une sensibilité sans précédent. Notre capteur est capable de détecter des composés nitroaromatiques à des concentrations allant jusqu'à ppt (partie par billion ou 10 ^-dix %). La plage de mesure dynamique extrêmement large est causée par la morphologie hérissée unique du silicium noir qui fournit une concentration locale inégale de molécules de carbazole créant des sites de surface avec une sensibilité différente, " a expliqué Alexandre Mironenko, le concepteur du capteur, et associé de recherche principal à l'Institut de chimie, FÉV RAS.

Les scientifiques ont déclaré que la fabrication de la nouvelle plate-forme de capteurs devrait être assez bon marché par rapport aux analogues existants. De plus, le même capteur peut être utilisé plusieurs fois. Il peut devenir une partie des systèmes de capteurs de gaz qui garantissent la sécurité publique et écologique.

Les participants aux travaux représentaient l'Université fédérale d'Extrême-Orient, Institut de chimie et Institut des processus d'automatisation et de gestion de la branche extrême-orientale de l'Académie des sciences de Russie, Université de technologie de Swinburne, et Centre de Melbourne pour la nanofabrication.