Сенсоры на основе углеродных нанотрубок способны определять рН раствора

 


Углеродные нанотрубки имеют богатые перспективы использования в качестве основы сенсоров – приборов, определяющих характеристики той среды, где они находятся. Это связано с зависимостью электронных характеристик УНТ (углеродных нанотрубок), таких как ширина запрещенной зоны, концентрация носителей и т. п., от химического состава окружающей среды. В силу такой зависимости вид вольт-амперной характеристики (ВАХ) нанотрубки определяется тем, какого сорта молекулы находятся в контакте с ее поверхностью.

Сенсоры на основе УНТ благодаря удачному сочетанию таких качеств, как миниатюрные размеры, хорошая электропроводность, а также химическая и термическая стабильность являются предметом интенсивных разработок во многих лабораториях. Так, недавно в Korea University (Сеул, Ю.Корея) было обнаружено, что ВАХ УНТ обладает чувствительностью к величине рН раствора, омывающего нанотрубку. Это открывает возможность создания сверхминиатюрного сенсора для определения основной электрохимической характеристики водных растворов.




Рис. 1. Схема сенсора (а); структура пленки из многослойных УНТ (b)Схема прибора представлена на рис. 1(а). На кремниевую подложку площадью 1,5х1,5 мм2 и толщиной 450 мкм нанесен изолирующий слой диоксида кремния толщиной 150 нм. Подготовленный литорафическим методом участок поверхности подложки площадью 1х1 мм2 покрывали частицами Со катализатора размером 8 нм, на которых методом химического осаждения паров выращивали пленку многослойных УНТ. По завершении процедуры роста УНТ измеряли ВАХ пленки с использованием конфигурации, показанной на рис. 1. При этом на поверхность пленки наносили каплю водного раствора, величина рН которого изменялась от 4 (кислота) до 10 (основание).




Рис. 2. Вольт-амперные характеристики пленки многослойных УНТ, измеренные для различных величин рН раствора, нанесенного на пленку.
Результаты измерений, представленные на рис. 2, демонстрируют заметную чувствительность ВАХ образца к величине рН раствора. Рост рН раствора сопровождается увеличением проводимости образца, которая находится по наклону ВАХ. В качестве физического механизма, определяющего наблюдаемую зависимость проводимости от рН, авторы выдвигают предположение, согласно которому адсорбция гидроксильных групп нанотрубками, создает акцепторный уровень на их поверхности и увеличивает проводимость УНТ.

NanoNewsNet.ru