Caractérisation structurale et chimique du Mo2CTx MXene. a) Modèles XRD du précurseur de carbure nanolaminé Mo2Ga2C (noir) et de la multicouche Mo2CTx MXene (rouge). b) Image SEM d'une multicouche Mo2CTx MXene. c) Image TEM de flocons simples de Mo2CTx MXene sur une grille de carbone en dentelle, l'encart est une image haute résolution. d) Le modèle SAED tiré du seul flocon Mo2CTx en c). e) Image AFM et profil de hauteur sur un flocon Mo2CTx exemplaire. f – h) Spectres XPS haute résolution enregistrés à partir d'une couche Mo2CTx MXene aux énergies Mo-3d f), C-1s g) et O-1s h). Crédit :DOI :10.1002/adma.202104878
La mesure de l'humidité de l'air est importante dans de nombreux domaines. Cependant, les capteurs conventionnels des hygromètres n'ont jusqu'à présent pas été en mesure de déterminer une très faible teneur en vapeur d'eau. Des physiciens de l'Université de Duisburg-Essen (UDE) et de l'Université technique Youri Gagarine en Russie ont maintenant développé un nouveau capteur. Il détecte même les plus petites quantités de molécules d'eau qui coulent à sa surface. Le détecteur est basé sur des matériaux hautement conducteurs connus sous le nom de MXenes.
Un bon air intérieur n'est pas seulement important pour la santé. Certaines conditions ambiantes sont également nécessaires dans la production ou les laboratoires, par exemple en biomédecine ou en microélectronique. Il doit être possible de les contrôler précisément. Bien que de puissants capteurs d'humidité soient intégrés dans les appareils de mesure commerciaux, ils ne sont pas capables de détecter des concentrations de vapeur d'eau inférieures à 50 ppm, c'est-à-dire inférieures à 0,3 % d'humidité relative. Par conséquent, de tels capteurs ne conviennent pas à tous les usages.
Ce problème a été abordé par l'équipe de physique de l'UDE et de l'université russe Yuri Gagarin à Saratov avec une stratégie complètement nouvelle. Ils ont utilisé des matériaux nanométriques bidimensionnels. Ceux-ci peuvent détecter des quantités infimes de molécules d'eau qui coulent à leur surface. "De cette façon, les performances du capteur s'améliorent énormément - la limite de détection est repoussée bien en dessous de l'état de l'art précédent. Plus n'est vraiment pas possible", déclare la physicienne expérimentale de l'UDE, le Dr Hanna Pazniak, qui a joué un rôle clé dans le développement.
Ces matériaux hautement conducteurs sont appelés MXènes, ou plus précisément :Mo2 CTx MXènes. Ils sont constitués de composés de carbures de métaux de transition ou de nitrures de métaux de transition. Les composés sont empilés en couches et n'ont que quelques atomes d'épaisseur. L'avantage :les nouveaux capteurs sont ultra-fins et très sensibles. "Ils détectent des vapeurs d'eau jusqu'à 10 ppm, soit 0,06% d'humidité relative. C'est la valeur la plus basse connue à ce jour", explique Pazniak. Les capteurs sont également prometteurs à un autre égard :ils peuvent être utilisés en production de masse. Capteur innovant qui détecte spécifiquement et précisément les molécules
