Voor velen, zinkoxide roept beelden op van heldere strepen op de neuzen van badmeesters. Maar voor onderzoekers van Concordia's Faculteit der Kunsten en Wetenschappen, ZnO is een opwindende verbinding met belangrijke optische en elektrische eigenschappen.

Voor een onderzoek dat onlangs is gepubliceerd in Materialen en ontwerp , Concordia-fysici Amir Hassanpour en Pablo Bianucci voegden zich bij de scheikundigen Nicoleta Bogdan en John Capobianco om dit veelvoorkomende materiaal, dat op veel verschillende manieren kan worden gebruikt, nader te bekijken.

Door hun onderzoek, ze ontwikkelden een kosteneffectieve methode om ZnO te kweken met een aanpak die ooit zou kunnen leiden tot nieuwe zonnecelontwerpen.

"Zinkoxide is het hoofdingrediënt in veel crèmes die luieruitslag behandelen en wordt vaak gebruikt als ingrediënt in zonnebrandcrème, " zegt Bianucci, assistent-professor in Concordia's Department of Physics en senior auteur van de studie.

"Het is ook niet duur, bio-compatibel en gemakkelijk te maken."

Op microscopisch niveau, ZnO bestaat meestal als een soort bos van microscopisch kleine "bomen", nanostaafjes genaamd, die nuttig zijn voor huidcrèmetoepassingen. Maar apparaten zoals gassensoren kunnen ook gebruik maken van ZnO wanneer de nanostaafjes in specifieke patronen zijn gerangschikt. traditioneel, die patronen waren moeilijk en duur om te produceren. Maar het onderzoeksteam van Concordia heeft een nieuwe methode ontwikkeld.

"Het is gemakkelijk om zinkoxide te kweken als een bos van willekeurig geplaatste nanostaafjes, waar elk een diameter heeft die tussen de 100 en 1000 keer kleiner is dan een mensenhaar. Maar het is niet eenvoudig om de nanostaafjes te vertellen waar ze zouden moeten groeien, zodat we de patronen kunnen krijgen die nodig zijn om complexe items te maken zoals gassensoren, " legt Bianucci uit.

"Als we de nanostaafjes kunnen laten groeien hoe en waar we ze willen, we kunnen speciale structuren maken die 'fotonische kristallen' worden genoemd en die licht opvangen. Dit zou leiden tot de ontwikkeling van efficiënte ultraviolette lasers, of gevoelige optische gassensoren die van kleur zouden veranderen wanneer een bepaald gas aanwezig is."

Het onderzoeksteam heeft een proces ontwikkeld om zeer kleine nanostaafjes te maken met een diameter van minder dan 100 nanometer die nauwkeurig kunnen worden gescheiden, met ongeveer 500 nanometer tussen naburige staafjes.

"Onze studie bewijst dat de materiaalkwaliteit van deze nanostaafjes dezelfde is als die welke in dichte bossen worden gekweekt. we kunnen dit proces reproduceren op goedkope materialen zoals glas, " zegt Hassanpour, de hoofdauteur van het onderzoek en een promovendus in de natuurkunde.

Dit toont aan dat nanostaafjes die op vooraf bepaalde posities worden gekweekt dezelfde eigenschappen hebben als die welke willekeurig worden gekweekt, waardoor onderzoekers specifieke patronen voor verschillende toepassingen kunnen fabriceren. Het proces vermindert de fabricagekosten van sommige geavanceerde apparaten aanzienlijk, zoals kleine, betaalbare gassensoren die nauwkeuriger werken dan conventionele.

Hassanpour hoopt dat deze methode op een dag, met extra ontwikkeling, worden gebruikt om lasers te maken die zeer weinig stroom verbruiken, en misschien zelfs leiden tot nieuwe zonnecelontwerpen.