El silicio negro puede ayudar a detectar explosivos

29.11.2019

FEFU press office

(a) Ilustración esquemática del procedimiento de fabricación. (b) La imagen SEM de vista lateral del inserto b-Si funcionalizado muestra b-Si desnudo para su comparación). c) Espectro XPS de alta resolución de Si 2p (curva sólida) equipado con tres componentes o estados químicos (curvas discontinuas). (d) Absorbancia normalizada de orden cero (1-R) espectro FTIR de cbz-bSi. El recuadro muestra esquemáticamente la estructura de la molécula de carbazol. Las áreas coloreadas resaltan varias bandas de vibración identificadas del carbazol.

Científicos de la Universidad Federal del Lejano Oriente (FEFU), la rama del Lejano Oriente de la Academia Rusa de Ciencias, la Universidad Tecnológica de Swinburne y el Centro de Nanofabricación de Melbourne desarrollaron un detector ultrasensible basado en silicio negro. El dispositivo es capaz de detectar trazas de compuestos nitroaromáticos y puede ser aplicado para identificar la mayoría de explosivos o contaminantes altamente tóxicos para evaluaciones médicas y forenses.

El novedoso sensor se basa en el llamado "silicio negro" que se fabrica mediante un grabado reactivo de alto rendimiento de sustratos de silicio disponibles en el mercado. Tal silicio grabado al agua fuerte tiene una superficie de púas nanoestructurada que exhibe propiedades ópticas únicas. Después del grabado, la superficie se cubre con una monocapa de moléculas de carbazol. Este proceso se denomina funcionalización química, ya que las moléculas adheridas confieren al sustrato una cierta función importante, a saber, la capacidad de ligar y concentrar compuestos nitroaromáticos en la superficie. La monocapa de carbazol hace que el dispositivo sea sensible a sustancias nitroaromáticas tan extendidas como el nitrobenceno, el o-nitrotolueno, el 2,4-dinitrotolueno, etc. Sin embargo, el sensor no reacciona a la presencia de otras moléculas, como benceno, tolueno, tetraclorometano, metanol, etanol, etc.

"Los compuestos nitroaromáticos se encuentran en las aguas residuales de plantas de pintura o instalaciones militares y son extremadamente peligrosos para el medio ambiente. Además, también forman parte de muchos explosivos. Su detección en la concentración de trazas representa una tarea práctica importante y compleja. Nuestra plataforma de sensores identifica la presencia de compuestos nitroaromáticos mediante el registro de los cambios en el espectro de luminiscencia de la capa funcional de carbazol que reacciona selectivamente a las moléculas nitroaromáticas", dijo Alexander Kuchmizhak, investigador asociado del Centro de RV y RA de la FEFU.

Según el científico, el silicio negro nanoestructurado utilizado como base del dispositivo le da una alta sensibilidad y un rango de medición dinámico sin precedentes. En el laboratorio, el sensor es capaz de proporcionar información sobre la presencia de moléculas tóxicas en líquidos o gases en cuestión de minutos.

"La combinación de las propiedades morfológicas y ópticas únicas del silicio negro con métodos de química de superficie fáciles de aplicar utilizados para hacer funcionar la superficie de silicio con moléculas de carbazol permitió lograr una sensibilidad sin precedentes. Nuestro sensor es capaz de detectar compuestos nitroaromáticos en concentraciones de hasta ppt (parte por trillón o 10-10 %). El rango de medición dinámica extremadamente amplio es causado por la morfología única del silicio negro que proporciona una concentración local desigual de moléculas de carbazol que crean sitios de superficie con diferente sensibilidad", explicó Alexander Mironenko, diseñador del sensor, e investigador asociado principal del Instituto de Química, FEB RAS.

Los científicos declararon que se espera que la fabricación de la nueva plataforma de sensores sea bastante barata en comparación con los análogos existentes. Además, el mismo sensor puede ser utilizado varias veces. Puede convertirse en parte de los sistemas de sensores de gas que garantizan la seguridad pública y ecológica.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

Far Eastern Federal University (FEFU)

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