CC BY
5МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
К ВОПРОСУ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ СПИНОВЫХ ИЗОМЕРОВ ВОДЫ НАНОУГЛЕРОДНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
Жигалов В.А.
Казахский национальный исследовательский технический университет им. К.И. Сатпаева,
Казахстан, г.Алматы, ул.Сатпаева, 22 [email protected]
Поведение спиновых изомеров воды, а также различные методы их разделения и детектирования в настоящее время являются предметом активных поисков со стороны эксперимента и теории, а также дискуссий. С конца 80-х годов известен подход, развиваемый В.К. Конюховым, В.И. Тихоновым, А.А. Волковым, и др., основанный на селективной сорбции спиновых изомеров воды [1, 2].
На явлении сорбции поверхностью углеродных нанотрубок и графена основано направление работ по созданию чувствительных наносенсоров, которые позволяют распознавать незначительные концентрации различных веществ. В настоящей работе предлагается использовать свойства углеродных нанотрубок (УНТ) для детекции спиновых изомеров воды. УНТ как одномерные проводники имеют значительную и непосредственную связь состояния электронной подсистемы и состояния поверхности благодаря большой удельной поверхности. Сорбируя различные вещества, нанотрубки откликаются своими электрическими характеристиками: проводимостью, ВАХ, работой выхода электронов. Известно также аномальное поведение нанотрубок при сорбции/десорбции молекул H2O [3]. Учитывая известное свойство селективности спиновых изомеров к сорбции, можно попытаться сделать сенсоры на основе УНТ, которые будут различать орто-пара соотношение сорбируемой воды. Такая чувствительность может быть основана на различном эффективном дипольном моменте орто- и пара-молекул, возникающем в значительных электрических полях на поверхности УНТ. Также может иметь значение различная динамика сорбции/десорбции для орто- и пара-воды.
В докладе описан стенд по измерению работы выхода образцов, покрытых углеродными нанотруб-ками. На кремниевую подложку были нанесены из раствора одностенные углеродные нанотрубки. Образцы находились в условиях динамически контролируемой влажности: влажность циклически менялась по линейному закону в пределах 10...70 RH%, что приводило к циклической изотермической сорбции/десорбции молекул воды поверхностью образцов. Этот процесс отражался на измеряемой работе выхода электронов [4]. Была показана высокая чувствительность работы выхода углеродных нанотрубок к изменению влажности. Некоторые результаты выполненных измерений могут говорить в пользу перспективности такого подхода к детектированию спиновых изомеров воды.
[1] Konyukhov V. K., Tikhonov V I., & Tikhonova T. L., in Proceedings of the Institute of General Physics of Academy of Sciences of the USSR, 12, 208-215 (Nova Science Publisher, New York, 1990).
[2] Tikhonov V.I., Volkov A.A. Separation of water into its ortho and para isomers. Science, 296(5577):2363-2363, 2002.
[3] Zhigalov V., Petukhov V., Emelianov A., Nevolin V, Timoshenkov S., Petrova V, Korobova N. (2016) Anomalous dependence of carbon nanotubes work function on humidity. 2016 IEEE 36th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). DOI: 10.1109/ELNANO.2016.7493019
[4] Novikov S.N., Timoshenkov S.P. Using static ionizing capacitor method for the electron work function measurement, Izv. Vuzov. Electronica 5, 81-88 (2002) (in Russian).
