На поверхности двухслойных углеродных нанотрубок химики протравливают дырки, которые повышают чувствительность сенсора к воде. Результаты работы опубликованы в журнале Carbon

Датчики влажности устанавливают в самых разных помещениях, для которых критично содержание молекул воды в воздухе, например, в чистых высокотехнологических производствах, в музеях, в медицинских учреждениях и даже в овощехранилищах.
 
Идея использовать в качестве сенсоров углеродные нанотрубки не новая, она логически следует из их свойств — такая поверхность хорошо поглощает различные вещества. На этом основан принцип действия большой группы датчиков, которые называются сорбционными: нанотрубка забирает или отдает электрон адсорбирующейся на ней молекуле, в результате электрические свойства поверхности меняются, и сигнал от этих изменений можно зарегистрировать.
 
В то же время поверхность наотрубки бездефектная, поэтому ее взаимодействие с молекулами выражено недостаточно сильно. В Институте неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН модифицируют нанотрубки, помещая их в горячую смесь серной и азотной кислот. В результате в верхнем слое образуются отверстия, которые увеличивают чувствительность материала более чем на порядок. 
 
 
Виталий Сысоев за экспериментальной установкой для измерения сенсорного отклика 
   Виталий Сысоев за экспериментальной установкой для измерения сенсорного отклика
 
«Технологию разработали в лаборатории физикохимии наноматериалов и сначала апробировали на графене, — рассказывает научный сотрудник ИНХ СО РАН кандидат химических наук Виталий Игоревич Сысоев. — Способ простой, недорогой и одновременно эффективный. Нужный результат можно получить в лабораторных условиях в колбе с помощью стандартных реагентов».
 
Химики работают с двухслойными углеродными нанотрубками, которые синтезируют в лаборатории CIRIMAT в университете Тулузы (Франция). Если делать дырки в однослойных трубках, это может существенно ухудшить их электропроводимость, что скажется на показаниях сенсора. На трубки из большого количества слоев модификация не повлияет в достаточной мере. В двухслойных же нанотрубках можно модифицировать внешний слой, оставив внутренний нетронутым и сохранив его электрические свойства.
 
Сибирские ученые добились хорошей воспроизводимости показаний сенсора при периодическом воздействии влажного воздуха. После того как на материал попадает вода, его продувают сухим воздухом, чтобы убрать молекулы и заново начать процесс регистрации влажности. Однако сделать это без дополнительных изменений было сложно: в результате травления поверхности нанотрубок на ней остаются кислородсодержащие группы, которые удерживают воду, что снижает воспроизводимость измерений. «Мы заменили данные группы на галогены, которые более слабо связываются с молекулами воды, — рассказывает Виталий Сысоев. — Поэтому когда мы продуваем поверхность сенсора сухим воздухом, она возвращается в исходное состояние».
 

«Наука в Сибири»

Фото Александры Федосеевой

 

Источники

Сибирские ученые усовершенствовали сенсоры для датчиков влажности
Наука в Сибири (sbras.info), 20/06/2019
В Новосибирске усовершенствовали сенсоры для датчиков влажности
The world news (theworldnews.net), 20/06/2019
В Новосибирске усовершенствовали сенсоры для датчиков влажности
Новосибирские новости (nscn.ru), 20/06/2019
Дефекты поверхности повышают чувствительность углеродных датчиков
Индикатор (indicator.ru), 20/06/2019
В Новосибирске усовершенствовали сенсоры для датчиков влажности
ИА Regnum, 20/06/2019
Новосибирские ученые предложили победить сырость с помощью нанотрубок
Сиб.фм (sib.fm), 21/06/2019
Новосибирские ученые предложили победить сырость с помощью нанотрубок
Seldon.News (news.myseldon.com), 21/06/2019
Дефекты поверхности повышают чувствительность углеродных датчиков
Nanonewsnet.ru, 22/06/2019
СИБИРСКИЕ УЧЁНЫЕ УСОВЕРШЕНСТВОВАЛИ СЕНСОРЫ ДЛЯ ДАТЧИКОВ ВЛАЖНОСТИ
Opentown.org, 22/06/2019
Сибирские ученые усовершенствовали сенсоры для датчиков влажности
Seldon.News (news.myseldon.com), 22/06/2019
Сибирские ученые усовершенствовали сенсоры для датчиков влажности
Навигатор (navigato.ru), 22/06/2019
Дефекты поверхности повышают чувствительность углеродных датчиков
SMIonline (so-l.ru), 23/06/2019
Новосибирские ученые усовершенствовали сенсоры для датчиков влажности
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 24/06/2019
Реагируют на воду
Навигатор (navigato.ru), 05/07/2019

Похожие новости

  • 06/02/2019

    Сибирские ученые разрабатывают высокоточный способ обнаружения взрывчатых и наркотических соединений

    ​Поиск этих веществ по минимальным концентрациям может применяться для противодействия терроризму, распространению и хранению наркотиков. Чтобы определить состав соединений, часто используется масс-спектрометрический метод.
    336
  • 05/07/2019

    Неорганические агенты для онкотерапии

    ​Продолжаем представлять молодых ученых - лауреатов премии мэрии Новосибирска этого года. Руководитель лаборатории биоактивных неорганических соединений Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН, кандидат химических наук Михаил Шестопалов был награжден за изучение металлокластерных комплексов в качестве агентов для медицинской диагностики и терапии онкозаболеваний.
    434
  • 27/02/2018

    Новосибирские ученые помогут удешевить производство автомобилей

    ​Над чем именно сегодня вместе работают сотрудники Институтов неорганической химии и катализа и как это поможет развитию российской автопромышленности? Как пыль - платиноиды. Дороже золота в десятки раз.
    660
  • 03/09/2018

    Ученые рассчитали параметры устойчивости гибридных фотоэлектрических наноматериалов

    ​​Сибирские ученые совместно с иностранными коллегами рассчитали, какие параметры влияют на силу взаимодействия углеродных нанотрубок с фталоцианинами – сложными азотсодержащими соединениями. Гибридные конструкции на их основе можно использовать в качестве новых материалов для создания солнечных батарей, сенсоров и оптических приборов.
    540
  • 24/03/2018

    Ученые ИНХ СО РАН поймали в ловушку молекулярный бром

    ​Российские ученые проанализировали условия синтеза комплексных соединений металлов, содержащих полигалогенидные фрагменты, и описали три новых соединения этого класса. Собрав данные о протекании реакций в различных условиях, химики рассчитывают сделать синтез полигалогенидных комплексов более предсказуемым.
    802
  • 15/10/2018

    В Journal of the American Chemical Society опубликована статья с участием сотрудников ИНХ СО РАН

    Сотрудники Института неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) Павел  Абрамов и Максим Соколов приняли участие в подготовке статьи о включение полиоксометаллатов в циклодекстрины и о новых возможностях их применения в биологии и медицине.
    544
  • 27/09/2018

    Гуминовые вещества: природный фильтр для токсикантов

    ​Гуминовые вещества — органические соединения, которые играют важную роль в формировании биосферы Земли и содержатся в торфе, углях и неживой материи почв и водоемов. Сибирские химики разработали уникальную твердофазную технологию извлечения этих веществ из бурого угля, а также определили, что сорбент на основе этого полезного ископаемого может эффективно бороться с различными загрязнителями экосистем — в том числе с тяжелыми металлами и нефтепродуктами.
    531
  • 14/03/2019

    Институт неорганической химии СО РАН займется созданием препаратов противораковой терапии

    ​Новосибирский Институт неорганической химии (ИНХ) СО РАН займется исследованием неорганических соединений с целью создания средств для диагностики онкологии, а также средств противораковой терапии, сообщил ТАСС заведующий лабораторией Михаил Шестопалов.
    370
  • 26/09/2016

    Сибирские ученые разрабатывают новый препарат от рака на основе молибденовых кластеров

    ​Учёные из Института неорганической химии СО РАН, лаборатории полиядерных координационных соединений Новосибирского государственного университета и ряда научно-исследовательских институтов СО РАН и СО РАМН впервые доказали эффективность применения кластеров молибдена в фотодинамической терапии раковых заболеваний.
    2180
  • 26/10/2016

    Сибирские и китайские учёные обнаружили сильную фотолюминесценцию в «дефектном» графене

    ​Специалисты из Новосибирского государственного университета, Института неорганической химии СО РАН и Пекинского университета химических технологий исследовали свойства модифицированного графита — перфорированного окисленного графена.
    2773