Ingenieurs van Macquarie University hebben een nieuwe techniek ontwikkeld om de productie van nanosensoren veel minder CO2-intensief, veel goedkoper, efficiënter en veelzijdiger te maken, waardoor een belangrijk proces in deze mondiale industrie, die een biljoen dollar waard is, substantieel wordt verbeterd.

Het team heeft een manier gevonden om elke sensor te behandelen met een enkele druppel ethanol in plaats van het conventionele proces waarbij materialen tot hoge temperaturen worden verwarmd.

Hun onderzoek, gepubliceerd in Advanced Functional Materials , is getiteld 'Capillair-aangedreven, zelf-geassembleerde microclusters voor hoog presterende UV-detectoren.'

"Nanosensoren bestaan ​​meestal uit miljarden nanodeeltjes die op een klein sensoroppervlak worden afgezet, maar de meeste van deze sensoren werken niet wanneer ze voor het eerst worden vervaardigd", zegt corresponderend auteur universitair hoofddocent Noushin Nasiri, hoofd van het Nanotech Laboratory aan de School of Engineering van Macquarie University. .

De nanodeeltjes verzamelen zichzelf in een netwerk dat bij elkaar wordt gehouden door zwakke natuurlijke bindingen die zoveel gaten tussen de nanodeeltjes kunnen achterlaten dat ze geen elektrische signalen kunnen overbrengen, waardoor de sensor niet zal functioneren.

Het team van universitair hoofddocent Nasiri ontdekte de vondst terwijl ze werkten aan het verbeteren van sensoren voor ultraviolet licht, de sleuteltechnologie achter Sunwatch, waardoor Nasiri in 2023 finalist werd van de Eureka-prijs.

Nanosensoren hebben een enorme oppervlakte-volumeverhouding die bestaat uit lagen nanodeeltjes, waardoor ze zeer gevoelig zijn voor de stof die ze moeten detecteren. Maar de meeste nanosensoren werken pas effectief als ze worden verwarmd in een tijdrovend en energie-intensief proces van 12 uur waarbij hoge temperaturen worden gebruikt om lagen nanodeeltjes te laten samensmelten, waardoor kanalen ontstaan ​​waardoor elektronen door lagen heen kunnen gaan, zodat de sensor kan functioneren.

"De oven vernietigt de meeste op polymeren gebaseerde sensoren, en nanosensoren die kleine elektroden bevatten, zoals die in een nano-elektronisch apparaat, kunnen smelten. Veel materialen kunnen momenteel niet worden gebruikt om sensoren te maken omdat ze niet tegen hitte kunnen", zegt universitair hoofddocent Nasiri. .

De nieuwe techniek die door het Macquarie-team is ontdekt, omzeilt dit hitte-intensieve proces echter, waardoor nanosensoren van een veel breder scala aan materialen kunnen worden gemaakt.

"Het toevoegen van één druppel ethanol aan de sensorlaag, zonder deze in de oven te plaatsen, zal de atomen op het oppervlak van de nanodeeltjes helpen bewegen, en de gaten tussen de nanodeeltjes verdwijnen als de deeltjes zich met elkaar verbinden", zegt universitair hoofddocent Nasiri. zegt.

"We hebben aangetoond dat ethanol de efficiëntie en het reactievermogen van onze sensoren aanzienlijk heeft verbeterd, meer dan wat je zou krijgen als je ze twaalf uur zou verwarmen."

De nieuwe methode werd ontdekt nadat de hoofdauteur van het onderzoek, postdoctorale student Jayden (Xiaohu) Chen, per ongeluk wat ethanol op een sensor spatte tijdens het wassen van een smeltkroes, bij een incident waarbij deze gevoelige apparaten normaal gesproken kapot zouden gaan.

"Ik dacht dat de sensor vernietigd was, maar besefte later dat het monster beter presteerde dan elk ander monster dat we ooit hebben gemaakt", zegt Chen.

Universitair hoofddocent Nasiri zegt dat het ongeval hen misschien op het idee heeft gebracht, maar dat de effectiviteit van de methode afhing van nauwgezet werk om de exacte hoeveelheid gebruikte ethanol te identificeren.

"Toen Jayden dit resultaat ontdekte, gingen we heel voorzichtig terug om verschillende hoeveelheden ethanol uit te proberen. Hij testte steeds opnieuw om te ontdekken wat werkte", zegt ze.

"Het was net Goudlokje:drie microliter was te weinig en deed niets effectiefs, 10 microliter was te veel en veegde de sensorlaag weg, vijf microliter was precies goed!"

Het team heeft patenten aangevraagd voor de ontdekking, die het potentieel heeft om een ​​grote indruk te maken in de wereld van nanosensoren.

"We hebben een recept ontwikkeld om nanosensoren te laten werken en we hebben het getest met UV-lichtsensoren, en ook met nanosensoren die kooldioxide, methaan, waterstof en meer detecteren - het effect is hetzelfde", zegt universitair hoofddocent Nasiri.

"Na één correct gemeten druppel ethanol wordt de sensor binnen ongeveer een minuut geactiveerd. Hierdoor wordt een langzaam, zeer energie-intensief proces omgezet in iets veel efficiënter."

Meer informatie: Xiaohu Chen et al, Capillair-aangedreven zelf-geassembleerde microclusters voor hoog presterende UV-fotodetectoren, Geavanceerde functionele materialen (2023). DOI:10.1002/adfm.202302808

Journaalinformatie: Geavanceerde functionele materialen

Aangeboden door Macquarie University