Principe de fonctionnement du capteur à base de réseaux de nanofils de silicium poreux. Crédit :Liubov Osminkina
Une équipe de la Faculté de physique de l'Université d'État Lomonossov de Moscou a suggéré d'utiliser des réseaux de nanofils de silicium poreux dans des capteurs de gaz hautement sensibles. Ces appareils seront capables de détecter la présence de molécules de gaz toxiques et non toxiques dans l'air à température ambiante. Les résultats de l'étude ont été publiés dans Physica Status Solidi A :Applications et science des matériaux .
Compte tenu des niveaux élevés de pollution de l'environnement dans le monde moderne, il est important de développer des dispositifs sensibles capables d'identifier les molécules en phase gazeuse de manière précise et sélective. Cependant, la majorité des capteurs de gaz modernes ne fonctionnent qu'à haute température, ce qui limite le champ de leur application. Par conséquent, le développement du réutilisable, Les détecteurs de gaz hautement sensibles fonctionnant à température ambiante constituent un domaine important de la physique moderne.
Les scientifiques de MSU ont suggéré d'utiliser des réseaux de nanofils de silicium poreux comme éléments sensibles de ces détecteurs. Ils peuvent être obtenus au moyen d'un procédé bon marché de gravure chimique assistée par métal. Il est basé sur une gravure chimique sélective, c'est-à-dire l'élimination partielle de la couche de surface d'un silicium cristallin en vrac avec l'utilisation de nanoparticules métalliques comme catalyseur. De plus, la procédure est rapide :au moins 100 éléments peuvent être produits dans un laboratoire en une heure seulement.
Chaque capteur est constitué d'un réseau de nanofils de silicium organisés de 10 microns de long avec des diamètres allant de 100 à 200 nm. Chaque nanofil a une structure cristalline poreuse. La taille des cristaux de silicium et des pores entre eux dans un nanofil individuel, varie de trois à cinq nanomètres.
Les auteurs ont montré que ces nanofils poreux ont une surface spécifique énorme en raison de laquelle leurs propriétés physiques et chimiques sont extrêmement sensibles à l'environnement moléculaire. Il a également été découvert que les échantillons obtenus présentaient une photoluminescence efficace dans la région du spectre rouge à température ambiante.
"Pour la première fois, nous avons montré que la photoluminescence des nanofils de silicium est trempée dans l'oxygène (O
Les scientifiques ont expliqué les résultats expérimentaux avec un modèle microscopique selon lequel la sensibilité des propriétés optiques des échantillons à leur environnement moléculaire est déterminée par la charge et la décharge réversibles des centres Pb, des défauts tels que des liaisons pendantes en silicium à la surface des nanofils. Les auteurs ont confirmé le modèle avec des mesures prises en utilisant la méthode de résonance paramagnétique électronique qui aide à déterminer l'existence et la concentration des centres Pb.
"Ce qui est important, c'est que nos capteurs à base de nanofils poreux fonctionnent à la fois à des températures domestiques et soient également réutilisables, parce que tous les effets observés étaient complètement réversibles, " a ajouté Liubov Osminkina.
Les nouveaux capteurs peuvent être utilisés à la fois pour un contrôle efficace des niveaux de pollution de l'environnement et pour le suivi de la composition de l'air dans des espaces clos, des salles de classe aux stations spatiales.
