"На поверхности двухслойных углеродных нанотрубок химики протравливают дырки, которые повышают чувствительность сенсора к воде. Результаты работы опубликованы в журнале Carbon"

 

Датчики влажности устанавливают в самых разных помещениях, для которых критично содержание молекул воды в воздухе, например, в чистых высокотехнологических производствах, в музеях, в медицинских учреждениях и даже в овощехранилищах.

 

Идея использовать в качестве сенсоров углеродные нанотрубки не новая, она логически следует из их свойств — такая поверхность хорошо поглощает различные вещества. На этом основан принцип действия большой группы датчиков, которые называются сорбционными: нанотрубка забирает или отдает электрон адсорбирующейся на ней молекуле, в результате электрические свойства поверхности меняются, и сигнал от этих изменений можно зарегистрировать.

 

В то же время поверхность наотрубки бездефектная, поэтому ее взаимодействие с молекулами выражено недостаточно сильно. В Институте неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН модифицируют нанотрубки, помещая их в горячую смесь серной и азотной кислот. В результате в верхнем слое образуются отверстия, которые увеличивают чувствительность материала более чем на порядок. 

 

 

«Технологию разработали в лаборатории физикохимии наноматериалов и сначала апробировали на графене, — рассказывает научный сотрудник ИНХ СО РАН кандидат химических наук Виталий Игоревич Сысоев. — Способ простой, недорогой и одновременно эффективный. Нужный результат можно получить в лабораторных условиях в колбе с помощью стандартных реагентов».

 

Химики работают с двухслойными углеродными нанотрубками, которые синтезируют в лаборатории CIRIMAT в университете Тулузы (Франция). Если делать дырки в однослойных трубках, это может существенно ухудшить их электропроводимость, что скажется на показаниях сенсора. На трубки из большого количества слоев модификация не повлияет в достаточной мере. В двухслойных же нанотрубках можно модифицировать внешний слой, оставив внутренний нетронутым и сохранив его электрические свойства.

 

 

Сибирские ученые добились хорошей воспроизводимости показаний сенсора при периодическом воздействии влажного воздуха. После того как на материал попадает вода, его продувают сухим воздухом, чтобы убрать молекулы и заново начать процесс регистрации влажности. Однако сделать это без дополнительных изменений было сложно: 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, — рассказывает Виталий Сысоев. — Поэтому когда мы продуваем поверхность сенсора сухим воздухом, она возвращается в исходное состояние».