(PhysOrg.com) -- Une équipe de chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST), L'Université George Mason et l'Université du Maryland ont fabriqué des capteurs de taille nanométrique qui détectent les composés organiques volatils - les polluants nocifs libérés par les peintures, nettoyants, pesticides et autres produits - qui offrent plusieurs avantages par rapport aux capteurs de gaz commerciaux d'aujourd'hui, y compris un fonctionnement à basse puissance à température ambiante et la capacité de détecter un ou plusieurs composés sur une large gamme de concentrations.

Les travaux récemment publiés sont une preuve de concept pour un capteur de gaz constitué d'un seul nanofil et de nanoclusters d'oxyde métallique choisis pour réagir à un composé organique spécifique. Ce travail est le plus récent de plusieurs efforts au NIST qui tirent parti des propriétés uniques des nanofils et des éléments d'oxyde métallique pour détecter les substances dangereuses.

Les capteurs de gaz commerciaux modernes sont faits de minces, films conducteurs d'oxydes métalliques. Lorsqu'un composé organique volatil comme le benzène interagit avec le dioxyde de titane, par exemple, une réaction modifie le courant traversant le film, déclencher une alarme. Alors que les capteurs à couche mince sont efficaces, beaucoup doivent fonctionner à des températures de 200 °C (392 °F) ou plus. Des échauffements fréquents peuvent dégrader les matériaux qui composent les films et les contacts, causant des problèmes de fiabilité. En outre, la plupart des capteurs à couche mince fonctionnent dans une plage étroite :on peut capter une petite quantité de toluène dans l'air, mais ne parviennent pas à flairer une libération massive de gaz. La gamme des nouveaux capteurs à nanofils s'étend de seulement 50 parties par milliard jusqu'à 1 partie pour 100, ou 1 pour cent de l'air dans une pièce.

Ces nouveaux capteurs, construit en utilisant les mêmes procédés de fabrication qui sont couramment utilisés pour les puces informatiques en silicium, fonctionnent selon le même principe de base, mais à une échelle beaucoup plus petite :les fils de nitrure de gallium font moins de 500 nanomètres de diamètre et moins de 10 micromètres de longueur. Malgré leur taille microscopique, les nanofils et les nanoclusters de dioxyde de titane dont ils sont recouverts ont un rapport surface/volume élevé qui les rend extrêmement sensibles.

"Le courant électrique circulant dans nos nanocapteurs est de l'ordre du microampère, alors que les capteurs traditionnels nécessitent des milliampères, " explique Abhishek Motayed du NIST. " Nous détectons donc avec beaucoup moins de puissance et d'énergie. Les nanocapteurs offrent également une plus grande fiabilité et une plus petite taille. Ils sont si petits que vous pouvez les mettre n'importe où." Lumière ultraviolette, plutôt que de la chaleur, favorise la réaction du dioxyde de titane en présence d'un composé organique volatil.

Plus loin, chaque nanofil est un monocristal sans défaut, plutôt que l'agglomération de grains cristallins dans des capteurs à couche mince, ils sont donc moins sujets à la dégradation. Dans les tests de fiabilité de l'année dernière, les capteurs nanométriques n'ont pas connu de pannes. Alors que les capteurs expérimentaux actuels de l'équipe sont réglés pour détecter le benzène ainsi que les composés organiques volatils similaires toluène, éthylbenzène et xylène, leur objectif est de construire un dispositif qui comprend un réseau de nanofils et divers nanoclusters d'oxydes métalliques pour analyser des mélanges de composés. Ils prévoient de collaborer avec d'autres équipes du NIST pour combiner leur approche de la lumière ultraviolette avec des technologies de détection par nanofils induits par la chaleur.