Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) разработали карандаш, грифель которого выполнен из спрессованных нанотрубок. Он может в буквальном смысле нарисовать на бумаге датчик-газоанализатор.
Нанотрубки, представляющие собой слой атомов углерода, свёрнутый в цилиндр, применяются в различных химических (и не только) сенсорах. В зависимости от размера и структуры они связывают молекулы определённых газов, которые препятствуют передвижению потока электронов и снижают электропроводность материала. Пропуская через такие трубки электрический ток, можно измерить изменённое газом сопротивление и таким образом рассчитать его концентрацию в окружающей среде.
Однако до сих пор для производства подобных датчиков требовалось растворять нанотрубки в ядовитых химических веществах, например, в дихлорбензоле. Тимоти Свэгер (Timothy Swager) и Кэтрин Мирика (Katherine Mirica) нашли простое решение: они спрессовали крошечные трубки, получив нечто наподобие графитового грифеля, и поместили нанотехнологичный стержень внутрь обыкновенного карандаша.
Чтобы проверить работу такого "устройства", учёные создали заготовку для датчика. На обыкновенном листе бумаги они напечатали золотые полоски-электроды с промежутком в середине. Всё, что было нужно, – дорисовать линии, соединяющие эти полоски, проведя таким образом своеобразный мостик из нанотрубок.
Затем один конец электродов исследователи подключили к источнику электричества, а на другом измеряли силу тока. Если после прохождения через углеродный участок дорисованного датчика величина тока изменялась, значит, в воздухе присутствовали молекулы газа, который связывались с трубками и увеличивали их сопротивление.
В своих экспериментах, описанных в журнале Angewandte Chemie, учёные сделали газоанализатор аммиака, который определяет даже незначительное присутствие этого опасного вещества в воздухе.
Как сообщается в пресс-релизе института, если включить в структуру трубок атомы металлов или использовать полимерное покрытие, можно улавливать и другие газы. Сейчас Свэгер и Мирика разрабатывают датчики для этилена, который указывает на спелость фруктов, а также серы, которая выделяется при утечке природного газа.
Разработанная технология имеет два основных преимущества: дешевизна и надёжность. Во-первых, с помощью одного карандаша можно изготовить целый склад датчиков. Во-вторых, углеродные рисунки отличаются высокой стабильностью, и их не так-то просто стереть.
