Высокая чувствительность электронных характеристик углеродных нанотрубок к наличию присоединенных или сорбированных на их поверхности функциональных химических групп позволит разрабатывать сверхминиатюрные сенсоры на основе УНТ.

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 УНТ. Кроме того, стабильность характеристик сенсоров на основе УНТ существенно снижается в результате образования структурных дефектов, обусловленных многократными актами адсорбции/десорбции. Один из эффективных подходов к преодолению указанных трудностей, предложенный в Osaka Univ. (Япония), заключается в покрытии УНТ защитным слоем металл/оксид, предохраняющим ее поверхность от образования дефектов. Сенсорное устройство включает в себя Pt электрод шириной 50 мкм и толщиной 1 мкм, изолирующий слой оксида алюминия и Pt нагреватель.

Тонкую пленку однослойных УНТ 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 SiOx и AlOx толщиной 2 – 5 нм. В качестве мишеней для лазерного осаждения использовали монокристаллический кремний и таблетку Al чистотой 99.999 %. Последующий отжиг УНТ пленки с защитным слоем в атмосфере Ar/H2 (20:1) в течение 30 мин при температуре 400оС 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. Зависимости сигнала сенсора от времени, полученные для исходных образцов УНТ, а также для образцов УНТ с покрытием SiOx и AlOx показаны на рисунке.

Самая низкая цена на электроэнергию от поликристаллического солнечного модуля в США – 4,28 долл. за ватт; для монокристаллического – 4,35 долл. за ватт; а для тонкопленочного – 3,66 долл. за ватт. Как правило, тонкопленочные модули будут стоить ниже кристаллических, но при этом они менее эффективны.

Рис. 1. Зависимости отклика (отн. ед.) от времени для сенсоров на основе УНТ и образцов УНТ с покрытием SiOx и AlOx.

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 УНТ 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.