2 et autres gaz, de nombreux chercheurs se sont concentrés sur le développement et l'amélioration des technologies de détection de gaz. À la frontière de ce domaine en évolution se trouvent les capteurs de gaz nanogap modernes - des dispositifs généralement constitués d'un matériau de détection et de deux électrodes conductrices qui sont séparées par un espace minuscule de l'ordre du nanomètre (nm), ou mille millionièmes de mètre. Lorsque des molécules de gaz spécifiques pénètrent dans cet espace, ils interagissent électroniquement avec la couche de détection et les électrodes, modifier des propriétés électriques mesurables telles que la résistance entre les électrodes. À son tour, cela permet de mesurer indirectement la concentration d'un gaz donné.
Bien que les capteurs de gaz nanogap présentent de nombreuses propriétés plus attrayantes que les capteurs de gaz microgap étroitement liés, ils se sont avérés beaucoup plus difficiles à produire en masse de manière fiable pour des distances d'entrefer de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres. Au Laboratoire Matériaux et Structures de Tokyo Tech, une équipe de scientifiques dirigée par le Dr Yutaka Majima cherche des moyens de fabriquer de meilleurs capteurs nanogap. Dans leur dernière étude, qui a été publié dans Sensors &Actuators:B. Chemical, l'équipe présente une nouvelle stratégie pour produire des capteurs d'oxygène gazeux nanogap utilisant des électrodes de platine/titane (Pt/Ti) et un oxyde de cérium (CeO 2 ) couche de détection.
Deux conceptions de capteurs ont été testées par le professeur Majima et son équipe. Dans la conception à contact inférieur, le PDG 2 la couche de détection est d'abord déposée sur un substrat de silicium et les deux électrodes Pt/Ti sont posées sur le CeO 2 par lithographie par faisceau d'électrons (EBL). Avec EBL, on dessine des formes personnalisées sur un film de réserve en utilisant un faisceau focalisé d'électrons avec une précision extrême. Ceci permet alors la gravure sélective ou l'évaporation des régions Pt/Ti, donnant ainsi forme aux électrodes nanogap. L'autre conception (contact supérieur) a également été produite en utilisant EBL, mais le PDG 2 a été appliqué sur le dessus des électrodes Pt/Ti en tant que couche de revêtement mince.
Avec cette stratégie de fabrication, l'équipe a réussi à produire de manière fiable des nanogaps de Pt stables aussi petits que 20 nm, ce qui était sans précédent dans la littérature. Les deux conceptions de capteurs ont présenté des performances similaires et très prometteuses, comme le fait remarquer le Dr Majima :« Pour une séparation des écarts de 35 nm, notre nanogap O 2 les capteurs de gaz présentaient un temps de réponse rapide de 10 secondes à une température de fonctionnement relativement basse de 573 K (300 °C); ce temps de réponse est d'environ trois ordres de grandeur plus court que celui des capteurs microgap dans les mêmes conditions de mesure. leur procédure offre une meilleure évolutivité que celles des capteurs de gaz nanogap précédemment développés.
En plus des conceptions de capteurs, cette étude a fourni des informations importantes sur les mécanismes de saut d'électrons par lesquels O 2 les molécules modulent la résistance entre les électrodes de Pt en présence de CeO 2 au nanogap. Pris ensemble, les résultats de cette étude ouvrent la voie à de meilleurs dispositifs de détection de gaz, comme le conclut le Dr Majima :« Nos capteurs de gaz nanogap pourraient être des candidats prometteurs pour le développement d'une plate-forme générale de détection de gaz avec une basse température de fonctionnement. » En temps voulu, Les capteurs de gaz nanogap trouveront sûrement leur chemin dans d'autres domaines d'application, y compris les dispositifs biomédicaux portables, surveillance des conditions industrielles, et la détection de l'environnement.
