이 초박형 센서는 폐를 보호할 수 있습니다

새로운 2D 센서는 유연하고 투명하므로 웨어러블 환경 및 건강 모니터링 센서의 후보가 될 가능성이 높습니다. (제공: Shutterstock/Kaspars Grinvalds)

화석연료 자동차에서 배출되는 대기오염물질인 이산화질소 가스를 태우는 스토브는 기후에 나쁠 뿐만 아니라 우리의 건강에도 나쁩니다. NO2에 장기간 노출되면 심장 질환, 천식과 같은 호흡기 질환 및 감염이 증가하는 것으로 나타났습니다.

이산화질소는 냄새가 없고 눈에 보이지 않습니다. 따라서 독성 가스의 위험한 농도를 정확하게 감지할 수 있는 특수 센서가 필요합니다. 그러나 현재 사용 가능한 대부분의 센서는 적절한 성능을 달성하기 위해 일반적으로 고온에서 작동해야 하기 때문에 에너지 집약적입니다.

Berkeley Lab과 UC Berkeley 연구진이 개발한 초박형 센서가 그 답이 될 수 있습니다.

Nano Letters 저널에 게재된 논문에서 연구팀은 실온에서 작동하여 기존 센서보다 전력을 덜 소비하는 원자적으로 얇은 "2D" 센서를 보고했습니다.

연구원들은 이황화 레늄 니오븀의 단층 합금으로 구성된 새로운 2D 센서가 뛰어난 화학적 특이성과 회복 시간을 자랑한다고 말합니다.

왼쪽: Re0.5Nb0.5S2의 이중층 및 삼중층 영역에 대한 원자 분해능 전자 현미경 이미지로 적층 순서를 보여줍니다. 오른쪽: Re0.5Nb0.5S2에서 NO2 분자로의 전하 이동을 보여주는 실제 공간 전하 이동 플롯. 색상 키: 다시 네이비로 표시됩니다. 보라색의 Nb; 노란색은 S; N은 녹색; 회색은 H; 오 파란색; C는 빨간색입니다. (제공: Alex Zettl/Berkeley Lab)

그래핀과 같은 재료로 만들어진 다른 2D 장치와 달리 새로운 2D 센서는 암모니아 및 포름알데히드와 같은 기타 독성 가스에 대한 반응을 최소화하면서 이산화질소 분자에 선택적으로 전기적으로 반응합니다. 또한 새로운 2D 센서는 최소 50ppb의 초저농도 이산화질소를 감지할 수 있다고 UC Berkeley의 박사후 연구원이자 이번 연구의 주요 저자인 Amin Azizi는 말했습니다.

이황화몰리브덴이나 탄소나노튜브 기반 센서가 이산화질소를 감지하면 실온에서 원래 상태로 회복하는 데 몇 시간이 걸릴 수 있습니다. "그러나 우리 센서는 단 몇 분밖에 걸리지 않습니다"라고 Azizi는 말했습니다.

새로운 센서는 매우 얇을 뿐만 아니라 유연하고 투명하기 때문에 웨어러블 환경 및 건강 모니터링 센서로 적합한 후보입니다. "지역 환경의 이산화질소 수준이 50ppb를 초과하면 천식 환자에게 매우 위험할 수 있지만 현재로서는 개인용 이산화질소 가스 센서가 비실용적입니다." 아지지가 말했다. 센서가 스마트폰이나 기타 웨어러블 전자 장치에 통합되면 그 격차를 메울 수 있다고 그는 덧붙였습니다.

Berkeley Lab 박사후 연구원이자 공동 저자인 Mehmet Dogan은 국립 에너지 연구 과학 컴퓨팅 센터의 Cori 슈퍼컴퓨터를 사용했습니다.

(NERSC)는 Berkeley Lab의 슈퍼컴퓨팅 사용자 시설로, 기본 감지 메커니즘을 이론적으로 식별합니다.

버클리 연구소 재료과학부 과학자이자 UC 버클리 물리학 교수인 알렉스 제틀(Alex Zettl)과 마빈 코헨(Marvin Cohen)이 이번 연구를 공동 주도했습니다.

추가 정보:

"2D 전자 장치의 원자 조정 확보", 보도 자료, 2020년 8월 20일