Датчики влажности устанавливают в самых разных помещениях, для которых критично содержание молекул воды в воздухе: в чистых высокотехнологичных производствах, в музеях, в медицинских учреждениях и даже в овощехранилищах.
В Институте неорганической химии СО РАН исследователи на поверхности двухслойных углеродных нанотрубок протравливают ответстия, которые повышают чувствительность прибора к воде. Идея использовать в качестве сенсоров углеродные нанотрубки не новая, она логически следует из их свойств – такая поверхность хорошо поглощает различные вещества. Нанотрубка забирает или отдаёт электрон адсорбирующейся на ней молекуле, в результате электрические свойства поверхности меняются и можно зарегистрировать сигнал от этого.
В то же время взаимодействие поверхности материала с молекулами выражено недостаточно сильно. Как сообщает «Наука в Сибири», в Институте неорганической химии СО РАН модифицируют нанотрубки, помещая их в горячую смесь серной и азотной кислот. В результате в верхнем слое образуются отверстия, которые увеличивают чувствительность материала.
– Технологию разработали в лаборатории физикохимии наноматериалов и сначала апробировали на графене, – рассказывает научный сотрудник ИНХ СО РАН к.х.н. Виталий Сысоев. – Способ простой, недорогой и эффективный.
Химики работают с двухслойными углеродными нанотрубками, которые синтезируют в лаборатории CIRIMAT в университете Тулузы. Если делать дырки в однослойных, это может существенно ухудшить их электропроводимость и скажется на показаниях сенсора. На трубки из большого количества слоёв модификация не повлияет в достаточной мере. В двухслойных же нанотрубках можно модифицировать внешний слой, оставив внутренний нетронутым и сохранив его электрические свойства.
После попадания на сенсор воды его продувают сухим воздухом, чтобы заново начать регистрировать влажность. Но 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, – поясняет Виталий Сысоев. – Поэтому когда продуваем поверхность сенсора сухим воздухом, она возвращается в исходное состояние.