この超薄型センサーはあなたの肺を救う可能性があります

新しい 2D センサーは柔軟性があり、透明であるため、この技術はウェアラブルな環境および健康監視センサーの有力な候補となっています。 (クレジット: Shutterstock/Kaspars Grinvalds)

化石燃料で動く自動車から排出される大気汚染物質、二酸化窒素そしてガスストーブは気候に悪影響を与えるだけでなく、私たちの健康にも悪影響を及ぼします。 NO2 への長期曝露は、心臓病、喘息などの呼吸器疾患、感染症の増加と関連しています。

二酸化窒素は無臭で目に見えないため、有毒ガスの危険な濃度を正確に検出できる特別なセンサーが必要です。 しかし、現在入手可能なセンサーのほとんどは、適切な性能を達成するために通常高温で動作する必要があるため、エネルギーを大量に消費します。

バークレー研究所とカリフォルニア大学バークレー校の研究者チームによって開発された超薄型センサーがその答えになる可能性があります。

研究チームは、学術誌Nano Lettersに掲載された論文の中で、室温で動作するため従来のセンサーよりも消費電力が少ない、原子的に薄い「2D」センサーを報告した。

研究者らによると、この新しい2Dセンサーは二硫化レニウムニオブの単層合金で作られており、優れた化学的特異性と回復時間も備えているという。

左: 積層順序を明らかにする Re0.5Nb0.5S2 の二層および三層領域の原子分解能電子顕微鏡画像。 右: Re0.5Nb0.5S2 から NO2 分子への電荷移動を示す実空間電荷移動プロット。 カラーキー: ネイビーを表示。 Nbは紫色。 Sは黄色。 Nは緑色。 H はグレー。 青のO。 赤のC。 (クレジット: Alex Zettl/バークレー研究所)

グラフェンなどの材料で作られた他の 2D デバイスとは異なり、新しい 2D センサーは二酸化窒素分子に選択的に電気的に反応し、アンモニアやホルムアルデヒドなどの他の有毒ガスに対する反応は最小限です。 さらに、新しい2Dセンサーは少なくとも50ppbという超低濃度の二酸化窒素を検出できると、カリフォルニア大学バークレー校の博士研究員で今回の研究の筆頭著者であるアミン・アジジ氏は述べた。

二硫化モリブデンまたはカーボン ナノチューブをベースとしたセンサーが二酸化窒素を検出すると、室温で元の状態に回復するまでに数時間かかることがあります。 「しかし、私たちのセンサーはほんの数分しかかかりません」とアジジ氏は言う。

新しいセンサーは極薄であるだけでなく、柔軟性と透明性も備えているため、ウェアラブルな環境および健康監視センサーの優れた候補となっています。 「地域環境の二酸化窒素レベルが50ppbを超えると、喘息を持つ人にとっては非常に危険となる可能性がありますが、現時点では個人用の二酸化窒素ガスセンサーは実用的ではありません。」 アジジは言った。 彼らのセンサーがスマートフォンやその他のウェアラブル電子機器に統合されれば、そのギャップを埋めることができるだろうと彼は付け加えた。

バークレー研究所の博士研究員で共著者のメフメット・ドーガン氏は、国立エネルギー研究科学計算センターの Cori スーパーコンピューターを利用しました。

(NERSC) はバークレー研究所のスーパーコンピューティング ユーザー施設であり、基礎となるセンシング メカニズムを理論的に特定します。

バークレー研究所の材料科学部門の科学者であり、カリフォルニア大学バークレー校の物理学の教授でもあるアレックス・ゼットル氏とマービン・コーエン氏がこの研究を共同主導した。

追加情報：

「2D エレクトロニクスが原子チューンアップを実現」、ニュース リリース、2020 年 8 月 20 日