Les polluants émis par les usines et les gaz d'échappement des voitures affectent les humains qui respirent ces gaz nocifs et aggravent également le changement climatique dans l'atmosphère. Être capable de détecter de telles émissions est une mesure indispensable.

Nouvelles recherches de l'unité Nanoparticles by Design de l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), en collaboration avec le Materials Center Leoben Austria et le Centre autrichien de microscopie électronique et de nanoanalyse a développé un moyen efficace d'améliorer les méthodes de détection des émissions polluantes à l'aide d'un capteur à l'échelle nanométrique. Le document a été publié en Nanotechnologie .

Les chercheurs ont utilisé un nanofil d'oxyde de cuivre décoré de nanoparticules de palladium pour détecter le monoxyde de carbone, un polluant industriel courant. Le capteur a été testé dans des conditions similaires à celles de l'air ambiant, car les futurs appareils développés à partir de cette méthode devront fonctionner dans ces conditions.

L'oxyde de cuivre est un semi-conducteur et les scientifiques utilisent des nanofils fabriqués à partir de celui-ci pour rechercher une application potentielle dans l'industrie de la microélectronique. Mais dans les applications de détection de gaz, l'oxyde de cuivre a été beaucoup moins étudié par rapport à d'autres matériaux d'oxyde métallique.

Un semi-conducteur peut subir des changements spectaculaires dans ses propriétés électriques lorsqu'une petite quantité d'atomes étrangers est amenée à se fixer à sa surface à des températures élevées. Dans ce cas, le nanofil d'oxyde de cuivre faisait partie d'un circuit électrique. Les chercheurs ont détecté du monoxyde de carbone indirectement, en mesurant l'évolution de la résistance électrique du circuit résultant en présence du gaz. Ils ont découvert que les nanofils d'oxyde de cuivre décorés de nanoparticules de palladium présentent une augmentation significativement plus importante de la résistance électrique en présence de monoxyde de carbone que le même type de nanofils sans les nanoparticules.

L'unité OIST Nanoparticles by Design a utilisé une technique sophistiquée qui lui a permis de tamiser d'abord les nanoparticules en fonction de leur taille, puis délivrer et déposer les nanoparticules de palladium sur la surface des nanofils de manière uniformément répartie. Cette dispersion uniforme de la taille des nanoparticules sélectionnées et les interactions nanoparticules-nanofils qui en résultent sont cruciales pour obtenir une réponse électrique améliorée. Le système de dépôt de nanoparticules OIST peut être adapté pour déposer plusieurs types de nanoparticules en même temps, séparés sur des zones distinctes de la plaquette où se trouve le nanofil. En d'autres termes, ce système peut être conçu pour pouvoir détecter plusieurs types de gaz. L'étape suivante consiste à détecter différents gaz en même temps en utilisant plusieurs capteurs, avec chaque appareil utilisant un type différent de nanoparticule.

Par rapport à d'autres options explorées dans la détection de gaz qui sont encombrantes et difficiles à miniaturiser, les capteurs de gaz à nanofils seront moins chers et potentiellement plus faciles à produire en masse.

Le coût énergétique principal dans le fonctionnement de ce type de capteur sera les températures élevées nécessaires pour faciliter les réactions chimiques pour assurer une certaine réponse électrique. Dans cette étude, 350 degrés centigrades ont été utilisés. Cependant, différentes configurations de matériaux nanofils-nanoparticules sont actuellement à l'étude afin d'abaisser la température de fonctionnement de ce système.

"Je pense que les nanofils décorés de nanoparticules ont un énorme potentiel d'applications pratiques car il est possible d'intégrer ce type de technologie dans des dispositifs industriels, " a déclaré Stéphane Steinhauer, un chercheur postdoctoral de la Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) travaillant sous la supervision du professeur Mukhles Sowwan à l'unité OIST Nanoparticles by Design.