Hoewel nanodraden beantwoorden aan de vraag van de markt naar innovatieve, kleiner, flexibele elektronische apparaten door elektronische schakelingen op moleculaire schaal mogelijk te maken, assemblage van nanodraden tot functionele materialen blijft een probleem. Groep onderzoekers van de Kaunas University of Technology (KTU), Litouwen biedt een nieuwe oplossing voor de productie van nanodraad met hoog rendement uit zinkoxide - goedkoper en milieuvriendelijker materiaal, in vergelijking met de zeldzame aardelementen zoals indium, arseen of gallium dat vaak wordt gebruikt bij de productie van elektronica.

Volgens wetenschappers, synthese van nanodraden wordt meestal beperkt door het groeioppervlak, hun brede toepassing belemmeren. Ook, veel toepassingen vereisen eigenschappen, die tegenstrijdig zijn en daarom niet effectief kunnen worden gerealiseerd in een enkel materiaal. De nieuwe methode voor de productie van nanodraden van zinkoxide, gemaakt door de groep wetenschappers van het KTU Institute of Materials Science, pakt deze problemen aan. Dus de bredere toepassing van nanodraden in innovatieve elektronische apparaten, die steeds kleiner worden, flexibel en met verschillende oppervlaktematerialen wordt mogelijk.

"De nieuwe methode is gemaakt terwijl ik onderzoek deed naar eenvoudige manieren om metaaloxide-nanostructuren te laten groeien. De methode, die we nu verbrandingssynthese noemen, maakt het mogelijk hoge niveaus van een gecontroleerde nanostructuur te produceren. Nanodraden worden gekweekt in de gasfase, het eindproduct verzameld als poeder en vervolgens gedispergeerd in verschillende oplossingen. Eenvoudige coatingmethoden zoals spuiten maken het mogelijk om zinkoxide-nanodraden op verschillende oppervlakken te plaatsen", zegt dr. Simas Račkauskas, een onderzoeker aan het KTU Institute of Materials Science.

Door hun halfgeleidereigenschappen zinkoxide nanodraden hebben een groot toepassingspotentieel in elektronica of optica. Ook, de eigenschappen van met zinkoxide gecoate oppervlakken maken hun gebruik in de geneeskunde mogelijk. Momenteel, onderzoekers onderzoeken twee mogelijke toepassingen van de zinkoxide-nanodraden:een multifunctionele antireflecterende zonnecelcoating en een multifunctionele gassensorarray, gevoelig en selectief voor gassen, geactiveerd door licht.

"Zonne-elementen die momenteel op de markt worden gebruikt, reflecteren licht, dus het licht, die kan worden omgezet in energie, gaat deels verloren. Nanodraad-zonnecelcoatings verbeteren de prestaties van zonnecellen door hun reflecterende eigenschappen te verminderen, door UV-stralen om te zetten in licht en door de zonne-elementen zelfreinigende eigenschappen te geven", legt Dr. Račkauskas uit.

Uit eerste onderzoek blijkt dat door het gebruik van zinkoxide nanodraadcoating de efficiëntie van zonne-elementen met 6 procent wordt verbeterd. De coating is waterafstotend, en het degradeert de organische verontreinigende stoffen; zo wordt het zelfreinigende effect van een zonnecel bereikt.

Momenteel, in de laboratoriumomstandigheden, het KTU-onderzoeksteam kan ongeveer 100 g zinkoxide-nanodeeltjes per uur produceren, kost ongeveer 8 euro. Het bedrag zou voldoende zijn om de 2,5 m2 zonne-elementen te dekken.

KTU-onderzoekers onderzoeken ook de eigenschappen van een unieke UV-sensor, die op elk oppervlak kan worden gespoten. Bij de ontwikkeling van de sensor zijn twee materialen gebruikt:zinkoxide nanodeeltjes en een geleider (draad), zoals grafiet- of metaalverf. Men kan op elk oppervlak een volledig elektronisch schema tekenen, inclusief draad en sensor, zeg textiel, papier of kunststof. Volgens Dr. Račkauskas, een lichtsensor kan worden gebruikt zoals elke andere schakelaar, alleen wordt het geactiveerd door licht, zoals een eenvoudige laserstraal.

"De toepassingsmogelijkheden van zo'n UV-sensor zijn vrijwel onuitputtelijk, echter, we moeten wachten op de marktvraag en de verdere ontwikkeling van flexibele elektronica. Ons product kan interessant zijn voor functioneel ontwerp omdat het de integratie van elektronica in kledingstukken mogelijk maakt, muren, interieur objecten. Ook, onze UV-schakelaar kan op moeilijk bereikbare plaatsen worden geplaatst", legt Dr. Račkauskas uit.

Hij benadrukt de lage kosten en milieuvriendelijkheid van zink in de elektronicaproductie:"De meeste elektronische productie maakt gebruik van zeldzame aardelementen, zoals indium, arseen en gallium, die moeilijk te verwijderen zijn, het proces is duur en schadelijk voor het milieu. Anderzijds, Zink is erg populair, goedkoop en zelfs gunstig voor het menselijk organisme".

Volgens de KTU-onderzoeker als de zeldzame aardelementen in de elektronica zouden worden vervangen door zinkoxide, dit zou resulteren in minder dure en milieuvriendelijke oplossingen.