На сегодняшний день известно множество наноматериалов, используемых в сенсорах, солнечных элементах, аккумуляторных батареях или топливных элементах. Однако внедрение наноструктур в такого рода устройства является далеко не тривиальной задачей. Одно из основных препятствий, стоящих на пути исследователей, заключается в том, что часто электропроводность значительно снижается при переходе к наноразмерному состоянию материалов. Это вызвано многими причинами, в том числе увеличением доли поверхностных атомов и соответственно энергетическим барьером, который требуется преодолеть электрону, чтобы перескочить с одно части на другую {Прим. ред.: в дисперсоидах увеличивают площадь поверхности и долю поверхностных атомов, чтобы за счет поверхностной диффузии сделать ХОРОШИЙ ионный проводник, поэтому правило о понижении электропроводности в наносостоянии тоже нельзя, видимо, считать всеобщим}.
Для решения данной проблемы авторы работы, опубликованной в Nature, предложили использовать так называемые распределённые наноэлетроды, которые представляют собой "сеть" проводящих частиц на или под слоем наноматериала с высоким электросопротивлением (Рисунок 1). В качестве объекта исследования были выбраны сенсоры на основе диоксида олова, чувствительные к этанолу, а в качестве проводящей добавки - оксид меди, который является полуметаллом {Прим. ред.: возможно, имеется в виду оксид меди (I), который проявляет полупроводниковые свойства. Правда, и диоксид олова - тоже полупроводник. Широкозонный.}. Синтезировав три устройства, схемы которых представлены на Рисунке 1, учёные измерили их характеристики (сопротивление датчиков на воздухе и сенсорный отклик при различных концентрациях этанола), которые представлены на Рисунках 2-4. Оказалось, что несмотря на возможность шунтирования при расположении "распределённого наноэлектрода" ниже сенсорного слоя, данный вид устройств оказался наиболее эффективным, что позволило зафиксировать содержание этанола на уровне 20 ppb с достаточно хорошим соотношением сигнал/шум.
Такие "распределённые наноэлектроды" можно применять не только в приборах для детектирования газов, но и в любых других видах устройств, которые содержат полупроводниковые плёнки, и чьи характеристики определяются электропроводностью этой плёнки, как, например, в топливных и солнечных батареях, микро- и наноэлектрических цепях и т.д.
Замечательный автореферат докторской диссертации по теме сенсорных свойств диоксида олова см. тут.
