Нанотрубки в качестве химических датчиков
 Одностенная углеродная нанотрубка (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Углеродные нанотрубки – одна из структурных модификаций углерода, на которые делается ставка в рамках развития нанотехнологий. Нанотрубки принято описывать как свернутую в цилиндр одноатомную плоскость графита (графена), представляющую собой двумерную гексагональную кристаллическую решетку. В зависимости от направления «сворачивания» такой плоскости можно получить трубки с разным строением. Например, они могут быть совместимы или не совместимы со своим зеркальным отражением; существуют и совсем частные случаи – «зубчатые» или «зигзагообразные» нанотрубки.
От особенностей строения нанотрубки существенно зависят ее физические свойства. К примеру, трубка может проявлять металлические или полупроводниковые свойства: т.е. либо проводить, либо не проводить электрический ток при абсолютном нуле температур.
Уже существует практика создания на основе нанотрубок простейших электронных устройств. К примеру, на базе нанотрубок формируются так называемые тонкопленочные транзисторы (являющиеся частным случаем полевых транзисторов). Эксперименты доказали, что такие транзисторы могут принести пользу не только в электронике. Группа ученых из Стендфордского Университета (Stanford University, США) показала, что датчики, построенные на основе однослойных углеродных нанотрубок (фактически, на основе сделанных из них тонкопленочных транзисторов), позволяют обнаружить даже очень незначительное количество исследуемого вещества в растворе. В своей работе исследователи указывают, что такой датчик может зафиксировать концентрацию до 2 миллионных долей исследуемого вещества; этот результат, по их мнению, достигается благодаря большой площади поверхности нанотрубок и их высокой проводимости, существенно зависящей от веществ, взаимодействующих с поверхностью. К слову, идея анализа веществ при помощи углеродных нанотрубок уже высказывалась ранее; однако, раньше речь шла о работе с молекулами ДНК при более сложной схеме эксперимента.
Трубки могут использоваться и как основной («чувствительный») элемент датчика, и как средство считывания данных с детектора. «Отклик» нанотрубки на конкретное исследуемое вещество в значительной степени зависит от ее строения. К примеру, полупроводниковые нанотрубки чувствительны к полярным молекулам, в то время, как металлические нанотрубки – нет. Таким образом, тип нанотрубок для датчика можно в буквальном смысле этого слова подбирать под исследуемые вещества. Изначально датчики на основе тонкопленочных транзисторов создавались для работы с водными растворами, но они так же хорошо функционируют и на воздухе.
Тонкопленочные транзисторы относительно дешевы в производстве, что делает химические датчики на их основе достаточно доступными. Подобные детекторы могли бы стать средством универсального контроля за экологической обстановкой окружающего мира. Так же они могут использоваться для оценки загрязнения больших объемов воды.
Источники: