(Phys.org) — Les scientifiques du Naval Research Laboratory ont développé un capteur de vapeur basé sur de nouveaux matériaux monocouches qui présentent un grand potentiel pour les futurs dispositifs électroniques à l'échelle nanométrique.

Les scientifiques du LNR ont fabriqué ce capteur en utilisant une seule monocouche de bisulfure de molybdène (MoS 2 ) sur une plaquette de dioxyde de silicium. Ils montrent qu'il fonctionne efficacement comme un capteur de vapeur chimique, présentant une réactivité hautement sélective à une gamme d'analytes, et fournir une transduction sensible d'événements transitoires de physisorption de surface à la conductance du canal monocouche. Le rapport surface/volume élevé de ces nouveaux matériaux bidimensionnels est un atout important pour les applications de capteurs de vapeur - ces matériaux doivent présenter une réponse rapide et sélective à une gamme d'analytes (déterminée par le caractère des sites atomiques de surface), transduction sensible de la perturbation à la résistance électrique du canal, et une récupération rapide lors de l'élimination de la vapeur. Un rapport complet de ces travaux est publié dans la revue Lettres nano .

De nombreux travaux ont déjà été réalisés dans le développement de nanotubes de carbone en tant que capteurs. Les nanotubes de carbone sont très réactifs, mais pas aussi sélectifs qu'ils devraient l'être à moins qu'ils ne soient chimiquement fonctionnalisés, ce qui ajoute de la complexité et des dépenses au processus de fabrication. Les chercheurs se sont également penchés sur le graphène, une seule couche d'atomes de carbone dans un réseau en nid d'abeille, comme capteur de vapeur. Cependant, le graphène montre une réponse relativement faible aux divers analytes et n'est pas très sélectif. Il réagit également à la vapeur d'eau, ce qui le rend moins désirable en tant que capteur, puisque la vapeur d'eau se trouve partout. Le Dr Berry Jonker de NRL note, "Vous ne savez pas s'il détecte de la vapeur d'eau ou du gaz neurotoxique. Dois-je courir parce que l'humidité est élevée, ou parce qu'il y a eu une libération de sarin ?" Le MoS 2 les capteurs développés au NRL offrent un excellent potentiel car ils sont à la fois très réactifs et très sélectifs.

L'équipe de recherche du LNR a testé leur MoS bidimensionnel 2 capteurs en les exposant à une variété de vapeurs d'analytes, y compris des produits chimiques et des solvants industriels courants, ainsi que les sous-produits, simulants ou précurseurs d'explosifs et d'agents neurotoxiques. Leur objectif était de voir comment l'exposition à ces analytes avait un impact sur la capacité du capteur à conduire une charge électrique. Ils ont découvert que la présence de quelques analytes spécifiques modifiait considérablement la conductivité du MoS. 2 canaliser. L'interaction est transitoire, Le Dr Jonker explique :la molécule ne colle pas en permanence à la surface, mais réside ou interagit brièvement avec la surface pour modifier la conductivité du canal, comme illustré sur la figure. La substance est très faiblement liée par un processus appelé physisorption. Au fur et à mesure que la concentration dans l'air change, la quantité à la surface aussi, et la conductivité change en conséquence. Cela peut être utile pour localiser la source d'une vapeur.

En particulier, le MoS 2 le capteur est sensible à la triéthylamine (TEA), un produit chimique associé aux agents de gaz neurotoxiques de la série V. Mais le capteur développé par le LNR ne répond pas à beaucoup de produits chimiques non nocifs courants qui, autrement, donneraient beaucoup de fausses alarmes.

L'équipe de recherche du LNR a également noté que la polarité de la monocouche MoS 2 la réponse du capteur est généralement opposée à celle d'un capteur à nanotubes de carbone. Ils présentent un modèle d'interaction analyte/capteur dans lequel l'analyte sert soit de donneur d'électrons, soit d'accepteur, produire une perturbation de charge temporaire du matériau du capteur. Donc, si les deux types de capteurs étaient utilisés en combinaison, alors le niveau de confiance de la lecture pourrait être considérablement augmenté. Officiers de sécurité ou combattants utilisant un capteur combinant les deux (nanotubes de carbone et MoS 2 ) pourrait fonctionner avec une confiance accrue que le capteur détecte vraiment un analyte donné tel que TEA, plutôt qu'autre chose.

Autres matériaux monocouches 2D (MoSe 2 , TaS 2 , WSe 2 , NbSe 2 , MgB 2 , BN, etc) sont susceptibles d'offrir des sensibilités complémentaires en raison de la composition chimique et de la liaison différentes. L'équipe de recherche du LNR envisage le développement de suites de ces capteurs de matériaux 2D et nanotubes de carbone avec des réactivités complémentaires, intégré avec des amplificateurs à transistors fabriqués à partir des mêmes matériaux, permettant l'identification sans ambiguïté d'une large gamme d'analytes dans un boîtier très compact et de faible puissance.