黑硅可以帮助发现爆炸物

 
制造过程的示意图。 (b)官能化b-Si插图的侧面SEM图像(视角为40°)显示了裸b-Si供比较。 (c)装有三个组分或化学状态(虚线)的Si 2p高分辨率XPS光谱(实线)。 (d)cbz-bSi的归一化零级吸收(1-R)FTIR光谱。插图示意性地显示了咔唑分子的结构。彩色区域突出显示了几个已确定的咔唑振动带。图片来源：FEFU来自远东联邦大学(FEFU)，俄罗斯科学院远东分校，斯威本科技大学和墨尔本纳米加工中心的科学家开发了一种基于黑硅的超灵敏探测器。该设备能够检测痕量的硝基芳族化合物，并可用于识别大多数炸药或剧毒污染物，以进行医学和法医评估。相关文章发表在ACS Sensors上。
该新型传感器基于所谓的“黑硅”，该黑硅是通过对市售硅基板进行高性能反应蚀刻而制成的。这种蚀刻的硅具有表现出独特的光学性质的纳米结构的尖刺表面。蚀刻后，表面覆盖有咔唑分子的单分子层。该过程称为化学官能化，因为附着的分子赋予底物某些重要功能，即在表面上结合并浓缩硝基芳族化合物的能力。咔唑单分子层使设备对诸如硝基苯，邻硝基甲苯，2.4-二硝基甲苯等广泛分布的硝基芳族物质敏感。但是，传感器不会对其他分子(例如苯，甲苯，四氯甲烷，甲醇，乙醇等。
“硝基芳族化合物存在于油漆厂或军事设施的废水中，对环境极为危险。此外，它们也是许多炸药的一部分。它们的痕量浓度检测代表一项重要而复杂的实际任务。我们的传感器该平台通过记录可选择性地与硝基芳族分子反应的咔唑功能层的发光光谱变化来识别硝基芳族化合物的存在，” VR和AR科学与技术中心的研究人员Alexander Kuchmizhak说道， FEFU。
根据这位科学家的说法，用作该设备基础的纳米结构黑硅使其具有高灵敏度和前所未有的动态测量范围。在实验室中，传感器能够在几分钟内提供有关液体或气体中有毒分子的存在的信息。
“将黑硅独特的形态和光学特性与易于实施的表面化学方法相结合，以利用咔唑分子对硅表面进行功能化，可实现前所未有的灵敏度。我们的传感器能​​够检测低至ppt浓度的硝基芳族化合物(万亿分之一或10-10%的比例。)动态测量范围极宽，是由黑硅独特的尖峰形态引起的，该形态提供了咔唑分子不均匀的局部浓度，从而形成了具有不同灵敏度的表面位点。”传感器，以及FEB RAS化学研究所的高级研究员。
科学家表示，与现有的类似产品相比，新传感器平台的制造预计将非常便宜。此外，同一传感器可以多次使用。它可以成为确保公共和生态安全的气体传感器系统的一部分。
这项工作的参与者包括远东联邦大学，俄罗斯科学院远东分校化学研究所和自动化与管理过程研究所，斯威本科技大学和墨尔本纳米加工中心。