11 авг 2023 230

Одна капля этанола совершит революцию в производстве наносенсоров

Наносенсоры — устройства, которые могут обнаруживать и измерять различные физические, химические или биологические величины на микроскопическом уровне. Они состоят из миллиардов наночастиц, которые образуют сеть на поверхности датчика. Наносенсоры имеют огромное соотношение поверхности к объему, что делает их очень чувствительными к веществу, которое они предназначены обнаруживать.

Однако большинство наносенсоров не работают эффективно сразу после изготовления. Наночастицы склеиваются вместе слабыми естественными связями, которые могут оставлять так много промежутков между частицами, что они не могут передавать электрические сигналы, и датчик не функционирует. Чтобы заставить датчик работать, необходимо подвергнуть его термической обработке при высоких температурах, чтобы сплавить слои наночастиц, создавая каналы, которые позволяют электронам проходить через слои.

Процесс термической обработки очень затратен по времени и энергии. Он требует нагревания материалов до высоких температур в течение 12 часов. Кроме того, этот процесс разрушает большинство полимерных датчиков и наносенсоров, содержащих крошечные электроды, например, те, что используются в наноэлектронных устройствах. Многие материалы не могут быть использованы для изготовления датчиков, потому что они не выдерживают нагревания.

Датчики наночастиц меньше человеческого ногтя.

Но инженеры из Маккуори-Университета (Австралия) разработали новую технику, которая обходит этот процесс термической обработки, позволяя изготавливать наносенсоры из гораздо более широкого спектра материалов. Они нашли способ обрабатывать каждый датчик с помощью одной капли этилового спирта вместо традиционного процесса, который включает нагревание материалов до высоких температур.

Их исследование было опубликовано в журнале Advanced Functional Materials под названием «Капиллярно-движимые самособранные микрокластеры для высокопроизводительных детекторов УФ-излучения».

Команда Насири сделала открытие, работая над усовершенствованием датчиков ультрафиолетового света, ключевой технологии за проект Sunwatch, который принес Насири номинацию на премию Eureka в 2023 году. Sunwatch — это носимое устройство, которое предупреждает людей о том, когда они подвергаются опасному уровню ультрафиолетового излучения от солнца.

Добавление одной капли этилового спирта на сенсорный слой, без помещения его в печь, поможет атомам на поверхности наночастиц перемещаться, и промежутки между наночастицами исчезнут, поскольку частицы соединяются друг с другом. Мы показали, что этиловый спирт значительно улучшает эффективность и чувствительность наших датчиков, превосходя то, что вы получите после нагревания их в течение 12 часов

— доцент Нушин Насири (Noushin Nasiri), автор статьи, руководитель лаборатории нанотехнологий при школе инженерии Маккуори-Университета.

Новый метод был обнаружен после того, как ведущий автор исследования, аспирант Джейден (Xiaohu) Чен (Jayden Chen), случайно брызнул немного этилового спирта на датчик во время мытья тигля, в инциденте, который обычно разрушал бы эти чувствительные устройства.

Мы были очень удивлены, когда обнаружили, что датчик не только не сломался, но и работал лучше, чем раньше. Мы решили исследовать этот эффект подробнее и выяснить механизм, который стоит за ним

— Джейден Чен.

Оказалось, что этиловый спирт действует как растворитель для наночастиц и вызывает капиллярное действие, которое заставляет жидкость подниматься по межчастичным пространствам. Это приводит к тому, что наночастицы сближаются и образуют более плотную и однородную сеть. Когда спирт испаряется, он оставляет за собой более компактный и проводящий слой наночастиц.

Открытый нами метод очень простой, экологичный и экономичный. Он не требует дорогостоящего оборудования или большого количества энергии. Он также позволяет использовать различные типы наночастиц из различных материалов для изготовления датчиков

— Нушин Насири.

Исследователь добавляет, что метод может быть использован не только для датчиков ультрафиолетового света, но и для других видов наносенсоров, таких, как датчики газа, датчики влажности или датчики биомаркеров. Также предполагается, что метод откроет новые возможности для разработки наноэлектронных устройств на основе наночастиц.

Наше открытие может революционизировать производство наносенсоров и привести к созданию новых наноустройств, которые могут быть использованы в различных областях, таких как медицина, энергетика, безопасность и коммуникации

— Нушин Насири.