Одна капля этанола совершит революцию в нанотехнологиях

Университет Маккуори

Изображение: Датчики наночастиц меньше человеческого ногтяпосмотреть больше

Фото: Университет Маккуори.

Инженеры Университета Маккуори разработали новую технологию, позволяющую сделать производство наносенсоров гораздо менее углеродоемким, более дешевым, более эффективным и универсальным, что существенно улучшит ключевой процесс в этой глобальной отрасли стоимостью в триллион долларов.

Команда нашла способ обработать каждый датчик с помощью одной капли этанола вместо традиционного процесса, который включает нагревание материалов до высоких температур.

Их исследование, опубликованное вчера в журнале Advanced Functional Materials, озаглавлено «Самособирающиеся микрокластеры с капиллярным приводом для высокопроизводительных УФ-детекторов».

«Наносенсоры обычно состоят из миллиардов наночастиц, нанесенных на небольшую поверхность датчика, но большинство из этих датчиков не работают при первом изготовлении», — говорит автор-корреспондент, доцент Нушин Насири, руководитель лаборатории нанотехнологий Инженерной школы Университета Маккуори. .

Наночастицы собираются в сеть, скрепленную слабыми естественными связями, которые могут оставить так много промежутков между наночастицами, что они не смогут передавать электрические сигналы, поэтому датчик не будет работать.

Команда доцента Насири обнаружила это открытие, работая над улучшением датчиков ультрафиолетового света, ключевой технологии, лежащей в основе Sunwatch, благодаря которой Насири стал финалистом премии «Эврика» 2023 года.

Наносенсоры имеют огромное соотношение поверхности к объему, состоящее из слоев наночастиц, что делает их очень чувствительными к веществу, для обнаружения которого они предназначены. Но большинство наносенсоров не работают эффективно, пока их не нагреют в ходе трудоемкого и энергоемкого 12-часового процесса с использованием высоких температур для плавления слоев наночастиц, создавая каналы, которые позволяют электронам проходить через слои, чтобы датчик функционировал.

«Печь разрушает большинство датчиков на основе полимеров, а наносенсоры, содержащие крошечные электроды, например, в наноэлектронных устройствах, могут плавиться. Многие материалы в настоящее время нельзя использовать для изготовления датчиков, поскольку они не выдерживают нагревания», — говорит доцент Насири.

Однако новая технология, открытая командой Macquarie, обходит этот теплоемкий процесс, позволяя изготавливать наносенсоры из гораздо более широкого спектра материалов.

«Добавление одной капли этанола на чувствительный слой, не помещая его в печь, поможет атомам на поверхности наночастиц перемещаться, а промежутки между наночастицами исчезнут по мере того, как частицы соединятся друг с другом», — доцент Насири. говорит.

«Мы показали, что этанол значительно повысил эффективность и чувствительность наших датчиков, по сравнению с тем, что вы могли бы получить после их нагревания в течение 12 часов».

Новый метод был открыт после того, как ведущий автор исследования, аспирант Джейден (Сяоху) Чен, случайно пролил немного этанола на датчик во время мытья тигля, что обычно приводит к разрушению этих чувствительных устройств.

«Я думал, что датчик сломался, но позже понял, что этот образец превосходит все остальные образцы, которые мы когда-либо создавали», — говорит Чен.

Доцент Насири говорит, что авария, возможно, натолкнула их на эту идею, но эффективность метода зависела от кропотливой работы по определению точного объема использованного этанола.

«Когда Джейден нашел этот результат, мы вернулись очень осторожно, пробуя разные количества этанола. Он тестировал снова и снова, чтобы найти то, что сработало», — говорит она.

«Это было похоже на Златовласку: три микролитра было слишком мало и не принесли никакого эффекта, 10 микролитров было слишком много и стерли чувствительный слой, пять микролитров было в самый раз!»

У команды есть патенты на открытие, которое может произвести очень большой фурор в мире наносенсоров.

«Мы разработали рецепт, как заставить наносенсоры работать, и протестировали его с датчиками ультрафиолетового света, а также с наносенсорами, которые обнаруживают углекислый газ, метан, водород и многое другое — эффект тот же», — говорит доцент Насири.