Sensor karbon nanotube baru berbiaya rendah dan tahan lama dapat dietsa dengan pensil mekanik.
Karbon nanotube menawarkan cara baru yang kuat untuk mendeteksi gas berbahaya di lingkungan. Namun, metode yang biasanya digunakan untuk membangun sensor karbon nanotube berbahaya dan tidak cocok untuk produksi skala besar.
Ahli kimia MIT merancang jenis baru pensil yang terdiri dari karbon nanotube, yang memungkinkan mereka untuk menggambar sensor karbon nanotube di atas lembaran kertas. Kredit Gambar: Jan Schnorr
Metode fabrikasi baru yang dibuat oleh ahli kimia MIT - semudah menggambar garis pada selembar kertas - dapat mengatasi kendala itu. Postdoc MIT Katherine Mirica telah merancang jenis baru pensil di mana grafit diganti dengan bubuk karbon nanotube terkompresi. Timbal, yang dapat digunakan dengan pensil mekanik biasa, dapat menuliskan sensor pada setiap permukaan kertas.
Sensor, yang dijelaskan dalam jurnal Angewandte Chemie, mendeteksi jumlah kecil gas amonia, bahaya industri. Timothy Swager, Profesor Kimia John D. MacArthur dan pemimpin tim peneliti, mengatakan sensor dapat diadaptasi untuk mendeteksi hampir semua jenis gas.
"Keindahan ini adalah kita dapat mulai melakukan segala macam bahan yang difungsikan secara kimiawi khusus," kata Swager. "Kami pikir kami dapat membuat sensor untuk hampir semua hal yang volatile."
Penulis makalah lain adalah mahasiswa pascasarjana Jonathan Weis dan postdocs Jan Schnorr dan Birgit Esser.
Tuliskan
Karbon nanotube adalah lembaran atom karbon yang digulung ke dalam silinder yang memungkinkan elektron mengalir tanpa halangan. Bahan-bahan tersebut telah terbukti sebagai sensor yang efektif untuk banyak gas, yang mengikat nanotube dan menghambat aliran elektron. Namun, membuat sensor ini membutuhkan pelarutan nanotube dalam pelarut seperti dichlorobenzene, menggunakan proses yang bisa berbahaya dan tidak dapat diandalkan.
Swager dan Mirica mulai membuat metode fabrikasi bebas pelarut berbasis kertas. Terinspirasi oleh pensil di mejanya, Mirica punya ide untuk mengompresi nanotube karbon menjadi bahan seperti grafit yang bisa menggantikan timah pensil.
Untuk membuat sensor menggunakan pensil mereka, para peneliti menggambar garis karbon nanotube pada selembar kertas yang ditiru dengan elektroda kecil yang terbuat dari emas. Mereka kemudian menerapkan arus listrik dan mengukur arus saat mengalir melalui strip nanotube karbon, yang bertindak sebagai resistor. Jika arus diubah, itu berarti gas telah terikat pada karbon nanotube.
Para peneliti menguji perangkat mereka pada beberapa jenis kertas, dan menemukan bahwa respons terbaik datang dengan sensor yang digambar di atas kertas yang lebih halus. Mereka juga menemukan bahwa sensor memberikan hasil yang konsisten bahkan ketika tanda tidak seragam.
Dua keuntungan utama dari teknik ini adalah tidak mahal dan "ujung pensil" sangat stabil, kata Swager. “Anda tidak dapat membayangkan formulasi yang lebih stabil. Molekulnya tidak bergerak, ”katanya.
Sensor baru bisa terbukti bermanfaat untuk berbagai aplikasi, kata Zhenan Bao, seorang profesor teknik kimia di Universitas Stanford. "Saya sudah bisa memikirkan banyak cara teknik ini dapat diperluas untuk membangun perangkat karbon nanotube," kata Bao, yang bukan bagian dari tim peneliti. “Dibandingkan dengan teknik khas lainnya, seperti pelapisan spin, pelapisan celup atau inkjet, saya terkesan dengan reproduksibilitas respons sensing yang baik yang bisa mereka dapatkan.”
Sensor untuk gas apa pun
Dalam studi ini, para peneliti fokus pada karbon nanotube murni, tetapi mereka sekarang bekerja pada menyesuaikan sensor untuk mendeteksi berbagai macam gas. Selektivitas dapat diubah dengan menambahkan atom logam ke dinding tabung nano, atau dengan membungkus polimer atau bahan lain di sekitar tabung.
Salah satu gas yang sangat diminati para peneliti adalah etilen, yang akan berguna untuk memantau kematangan buah saat dikirim dan disimpan. Tim tersebut juga mencari sensor untuk senyawa belerang, yang mungkin terbukti membantu mendeteksi kebocoran gas alam.
Melalui Berita MIT