基于黑色硅的超灵敏探测器可以探测到微量的爆炸物

时间:2019-12-31 20:06 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

基于黑色硅的超灵敏探测器可以探测到微量的爆炸物

来自远东联邦大学(FEFU)、俄罗斯科学院远东分院、斯文本理工大学和墨尔本纳米制造中心的科学家们开发了一种基于黑色硅的超灵敏探测器。该装置能够检测出微量的硝基芳香族化合物,可用于识别大多数爆炸物或剧毒污染物,用于医学和法医鉴定。相关文章发表在ACS《传感器》杂志上。

这种新型传感器是基于所谓的“黑色硅”它是由商用硅衬底的高性能反应蚀刻制成的。这种蚀刻的硅具有纳米结构的尖状表面,显示出独特的光学特性。蚀刻后,表面覆盖一层咔唑分子。这个过程被称为化学功能化,因为附着的分子赋予了底物某种重要的功能,即在表面上结合和浓缩硝基芳香族化合物的能力。咔唑单层使该装置对硝基苯、邻硝基甲苯、2.4-二硝基甲苯等广泛分布的硝基芳香物质敏感。然而,传感器不会对其他分子如苯、甲苯、四氯甲烷、甲醇、乙醇等的存在做出反应。

硝基芳香族化合物存在于油漆工厂或军事设施的废水中,对环境极其危险。此外,它们也是许多炸药的组成部分。它们在痕量浓度中的检测是一项重要而复杂的实际任务。我们的传感器平台通过记录咔唑功能层的发光光谱的变化来识别硝基芳香族化合物的存在。Alexander Kuchmizhak说,他是FEFU虚拟现实和增强现实科技中心的研究员。

据这位科学家介绍,纳米结构的黑硅作为该设备的基础,使其具有高灵敏度和前所未有的动态测量范围。在实验室中,传感器能够在几分钟内提供液体或气体中有毒分子的信息。

“黑硅独特的形态和光学特性与易于实现的表面化学方法相结合,利用咔唑分子功能化硅表面,从而达到前所未有的灵敏度。”我们的传感器能够检测到浓度低至ppt(万亿分之一或10- 10%)的硝基芳香族化合物。非常广泛的动态测量范围是由独特的黑色硅的尖峰形态造成的,它提供了不均匀的咔唑分子局部浓度,产生了具有不同灵敏度的表面位置。”亚历山大·米罗年科(Alexander Mironenko)解释道。

科学家们表示,与现有的同类产品相比,新传感器平台的制造成本将会非常低。此外,同一个传感器可以多次使用。它可以成为保障公众和生态安全的气体传感器系统的一部分。

这项工作的参与者包括远东联邦大学、俄罗斯科学院远东分院化学研究所、自动化和管理过程研究所、斯文本理工大学和墨尔本纳米制造中心。

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参考文献:“终止碳青霉烯的黑硅表面增强荧光法检测超痕量硝基芳烃蒸气”由亚历山大。米罗年科、米哈伊尔·v·图托夫、亚历山大·a·谢尔盖耶夫、尤金·v·米特赛、亚历山大·于。乌斯季诺夫,Aleksey。支日琴科,丹佛P.林克莱特,斯维特拉娜于。Bratskaya, Saulius Juodkazis和Aleksandr A. Kuchmizhak, 2019年10月11日,ACS传感器。

DOI: 10.1021 / acssensors.9b01063

这项工作得到了俄罗斯科学基金会18-79-10091号拨款的支持。

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