Высокая чувствительность электронных характеристик углеродных нанотрубок к наличию присоединенных или сорбированных на их поверхности функциональных химических групп открывает возможность разработки сверхминиатюрных сенсоров на основе нанотрубок. Однако многочисленные усилия исследователей, направленные на решение этой задачи, не привели до сих пор к существенным практическим успехам. Это связано с трудно устранимым влиянием различных атмосферных загрязнений, паров воды, атомов и молекул кислорода и т.п. на электронные свойства углеродных нанотрубок. Кроме того, стабильность характеристик сенсоров на основе нанотрубок существенно снижается в результате образования структурных дефектов, обусловленных многократными актами адсорбции/десорбции. Один из эффективных подходов к преодолению указанных трудностей, предложенный недавно японскими учеными, заключается в покрытии нанотрубок защитным слоем металл/оксид, предохраняющим ее поверхность от образования дефектов. Сенсорное устройство включает в себя платиновый электрод шириной 50 мкм и толщиной 1 мкм, изолирующий слой оксида алюминия, и платиновый нагреватель.

Тонкую пленку однослойных нанотрубок выращивали методом химического осаждения (CVD), после чего на нанотрубки методом импульсного лазерного осаждения при комнатной температуре, давлении 10^-4 Торр и слабом потоке кислорода наносили слои SiO_x и AlO_x толщиной 2 – 5 нм. В качестве мишеней для лазерного осаждения использовали монокристаллический кремний и таблетку Al чистотой 99.999 %. Последующий отжиг пленки из нанотрубок с защитным слоем в атмосфере Ar/H₂ (20:1) в течение 30 мин при температуре 400^оС приводил к образованию кислород-дефицитного покрытия. Структура, состав и электрические свойства полученных образцов исследовали методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, а также рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Изготовленный на основе полученных образцов сенсор испытывали при комнатной температуре в отношении регистрации NO₂, разбавленного азотом.

Как следует из результатов измерений, разработанный сенсор позволяет надежно регистрировать содержание NO₂ в газовой смеси на уровне 10^-4 % и ниже. Результаты проведенных тестов показали, что, в то время как разброс показаний сенсора на основе исходных нанотрубок составляла порядка 40%, покрытие нанотрубок оксидами приводила к снижению этого показателя до 7–8 %; а зависимость сигнала сенсора (S) от концентрации (NO₂ C) при фиксированной длительности измерения (300 с) описывается классическим соотношением Фрумкина- Темкина S = a ln(bC) + a lnC, где a и b – эмпирические параметры.

Источник информации - заметка А.Елецкого в бюллетене ПерсТ, выпуск 5 за 2010 г.