Switchable Dopants on Percolation Networks of 2D Materials for Chemiresistive Sensing Applications in Aqueous Environments
Notice bibliographique
Résumé
Permanent doping of semiconductors and low-dimensional structures to modulate their electronic properties is a well-established concept. Even in cases where doping of thin films by analytes (e.g. carbon nanotubes by ammonia) is applied in sensors, it is only reversed by physical removal of dopant molecules, e.g. heating. We have introduced the concept of molecular switches as chemical dopants for thin nanocarbon (or other 2D-materials) films. These molecules can be switched between doping and non-doping states in the presence or absence of a particular analyte. They impart selectivity not only due to their change in doping behavior, but also by physically blocking other potential dopants in the analyte solution from interacting with the conductive film. The resulting structures can act as chemiresistive films. Chemiresistive sensors are a well-established technology for gas-phase sensing applications. They are simple and economical to manufacture, and can operate reagent-free and with low or no maintenance. Unlike electrochemical sensors they do not require reference electrodes. While in principle they can be made compatible with aqueous environments, only a few such examples have been demonstrated. Challenges include the need to prevent electrical shorts through the aqueous medium and the need to keep the sensing voltage low enough to avoid electrochemical reactions at the sensor. We have built a chemiresistive sensing platform for aqueous media. The active sensor element consists of a percolation network of low-dimensional materials particles that form a conducting film, e.g. from carbon nanotubes, pencil trace, exfoliated graphene or MoS2. The first member of that platform was a free chlorine sensor.[1-3] We are currently working to expand the applicability of our platform to other relevant species, in particular anions and cations that are commonly present as pollutants in surface and drinking water.[4] Our sensors can be incorporated into a variety of systems and will also be suitable for online monitoring in remote and resource-poor locations. [1] L. H. H. Hsu, E. Hoque, P. Kruse, and P. R. Selvaganapathy, A carbon nanotube based resettable sensor for measuring free chlorine in drinking water. Appl. Phys. Lett. 106 (2015) 063102. [2] E. Hoque, L. H. H. Hsu, A. Aryasomayajula, P. R. Selvaganapathy, and P. Kruse, Pencil-Drawn Chemiresistive Sensor for Free Chlorine in Water. IEEE Sens. Lett. 1 (2017) 4500504. [3] A. Mohtasebi, A. D. Broomfield, T. Chowdhury, P. R. Selvaganapathy, and P. Kruse, Reagent-Free Quantification of Aqueous Free Chlorine via Electrical Readout of Colorimetrically Functionalized Pencil Lines. ACS Appl. Mater. Interfaces 9 (2017) 20748-20761. [4] P. Kruse, Review on Water Quality Sensors. J. Phys. D 51 (2018) 203002. Figure 1
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».