Нанотрубками заправят карандаши, чтобы заняться рисованием

Новые дешевые, долговечные углеродные нанотрубочные датчики могут быть нарисованы с помощью механических карандашей.

Углеродные нанотрубки предлагают новый метод обнаружения вредных газов в окружающей среде. Однако методы, обычно используемые для создания датчиков из углеродных нанотрубок, являются опасными и не подходят для крупномасштабного производства.

Новый метод производства, созданный химиками из Массачусетского технологического института — не сложнее, чем рисование простым грифельным карандашом — способен преодолеть это препятствие. Постдокторант из Массачусетского технологического института Кэтрин Мирика разработала новый тип карандашного грифеля, в котором графит замещен спрессованным порошком из углеродных нанотрубок. Грифель, который можно использовать в обычном механическом карандаше, способен надписывать датчики на любой бумажной поверхности.

Датчик, описанный в издании Angewandte Chemie, обнаруживает газообразный аммиак даже в сверхмалом количестве. Профессор Тимоти Свейгер сообщил, что такие датчики можно приспособить для обнаружения практически любого газа.

«Вся прелесть в том, что мы можем начать делать все виды химически определенных функциональных материалов», сказал Свейгер. „Мы полагаем, что можем изготовить датчики для любых летучих веществ“.

Другие авторы исследования — аспирант Джонатан Вайс и постдокторанты Ян Шнорр и Беджит Эссер.

Напишите это карандашом

Углеродные нанотрубки, напомним, это листы углеродных атомов, которые скатывают в цилиндры. Электроны по ним перемещаются практически вообще без сопротивления. Такие материалы, как выяснилось, являются весьма эффективными датчиками для множества газов, которые взаимодействуют с нанотрубками и препятствуют току электронов. Создание таких датчиков требует растворения нанотрубок в растворителе наподобие дихлорбензена, а процесс этот нестабилен и потенциально опасен.

Свейгер и Мирика намереваются создать безрастворимый метод производства на основе бумаги. Вдохновившись карандашами на столе, Мирика решила спрессовать углеродные нанотрубки в графитоподобный материал, которым можно заменить карандашный грифель.

Для создания датчиков исследователи чертят линию углеродными нанотрубками на листе бумаги с маленькими электродами из золота. Затем к полученному изделию прикладывают электрический ток и измеряют его, пока он течет по полосе из углеродных нанотрубок, которая в этом случае действует как резистор. Если ток меняется, следовательно, с углеродными нанотрубками взаимодействует газ.

Исследователи протестировали устройство на разных типах бумаги и выяснили, что оптимальная реакция происходит в случае с датчиками на более гладкой бумаге. Также было установлено, что датчики дают последовательные результаты, даже когда линии неоднородны.

Два основных преимущества метода в том, что он недорог, и что грифель карандаша чрезвычайно прочен, сообщил Свейгер. „Трудно вообразить более прочную форму. Молекулы совершенно неподвижны“, заявил он.

Новый датчик может оказаться полезным для множества применений, сообщил доцент химических технологий Жинан Бао из Стэнфордского университета. „Я уже представляю множество способов применения этой технологии для разработки нанотрубочных устройств“, сказал Бао. „По сравнению с другими типичными методами, такими как покрытие вращением, покрытие окунанием или струйная печать, эффективность и качество на удивительно высоком уровне“.

Датчики для любого газа

В данном исследовании ученые сосредоточились на чистых углеродных нанотрубках, но теперь они работают над созданием датчиков для обнаружения широкого диапазона газов. Селективность может изменяться за счет добавления атомов металлов к стенкам нанотрубки, либо с помощью обертывания полимерами или другими материалами.

Один из газов, интересующий ученых — этилен, который полезен для контроля зрелости фруктов в ходе погрузки и доставки. Также ученые намерены исследовать датчики для серных компонентов, с помощью которых можно выявлять утечки природного газа.

10.10.2012