Российские ученые разработали кремниевый сенсор: зачем он нужен
Ученые МФТИ создали высокочувствительный сенсор, использующий кремниевые нанонити, для анализа состава жидких растворов и паров, содержащих кислоты и щелочи. Исследование опубликовано в ACS Applied Nano Materials.
В мировом производстве широко используются полупроводниковые материалы. Из всех этих материалов кремний остается самым популярным, доступным и технологичным полупроводником для современной электроники.
Полностью отказаться от кремния невозможно из-за его высокой технологичности и низкой стоимости в сравнении с другими материалами, хотя в современной микро- и наноэлектронике есть заметный тренд в интеграции новых материалов. Кажется, что о кремнии известно все, но исследования показывают, что наноструктуры из этого материала еще не полностью изучены и могут использоваться для создания сенсоров.
Этим и занялись ученые Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ. Они нашли новое приборное применение для кремниевых наноструктур.
В новом устройстве используются кремниевые нити длиной 10 микрометров, что равно четверти толщины человеческого волоса. Диаметр составляет 150 нанометров. Благодаря высокому соотношению длины к поперечному сечению эти нити обладают большой площадью поверхности при малом объеме. Их свойства сильно зависят от окружающей среды и разных молекул, которые прилипают к их поверхности.
С помощью созданного сенсора можно фиксировать важные для биологии и медицины вещества при их низкой концентрации — меньше одного на миллион.
Сенсор представляет собой пластинку стекла размером 7 на 7 миллиметров. На ней расположено множество кремниевых нанонитей с контактами из золота. Нанонити представляют собой резисторы, которые меняют свое сопротивление в зависимости от состава окружающей среды. Этот наноразмерный чувствительный элемент позволяет экономично обнаруживать кислоты и щелочи, погружая сенсор в жидкость или располагая его над поверхностью биологической пробы для анализа пара.
Мобильный и простой в использовании сенсор может быть использован для оценки качества воздуха. Также, если поместить его в места стока воды, можно эффективно контролировать уровень кислот и вредных солей в составе жидкости.
Устройство можно применять и для предварительного тестирования в медицине. Повышенное количество различных химических соединений, биологических маркеров, может указывать на нарушения в организме уже на ранних стадиях патологии. Например, избыток соляной кислоты может вызывать неприятный дискомфорт в пищеварительной системе.
Ранее мы писали о достижении синтеза тетратенита в лабораторных условиях. Производство этого материала в промышленных масштабах могло бы иметь революционные последствия для производства электроники.
Посмотрите на лучшие изобретения и гаджеты в мире по версии Time:
