Gli ingegneri della Macquarie University hanno sviluppato una nuova tecnica per rendere la produzione di nanosensori molto meno ad alta intensità di carbonio, molto più economica, più efficiente e più versatile, migliorando sostanzialmente un processo chiave in questo settore globale da trilioni di dollari.
Il team ha trovato un modo per trattare ciascun sensore utilizzando una singola goccia di etanolo invece del processo convenzionale che prevede il riscaldamento dei materiali a temperature elevate.
La loro ricerca, pubblicata in Advanced Functional Materials , è intitolato "Microcluster autoassemblati guidati da capillari per rilevatori UV ad alte prestazioni".
"I nanosensori sono solitamente costituiti da miliardi di nanoparticelle depositate su una piccola superficie del sensore, ma la maggior parte di questi sensori non funziona una volta fabbricati per la prima volta", afferma l'autore corrispondente, il professore associato Noushin Nasiri, capo del laboratorio di nanotecnologie presso la Scuola di ingegneria della Macquarie University. .
Le nanoparticelle si assemblano in una rete tenuta insieme da deboli legami naturali che possono lasciare così tanti spazi tra le nanoparticelle che non riescono a trasmettere segnali elettrici, quindi il sensore non funziona.
Il team del professore associato Nasiri ha scoperto la scoperta mentre lavorava per migliorare i sensori di luce ultravioletta, la tecnologia chiave dietro Sunwatch, che ha visto Nasiri diventare finalista del Premio Eureka 2023.
I nanosensori hanno un enorme rapporto superficie-volume costituito da strati di nanoparticelle, che li rende altamente sensibili alla sostanza che sono progettati per rilevare. Ma la maggior parte dei nanosensori non funziona in modo efficace finché non viene riscaldata in un processo di 12 ore, dispendioso in termini di tempo ed energia, che utilizza temperature elevate per fondere strati di nanoparticelle, creando canali che consentono agli elettroni di passare attraverso gli strati in modo che il sensore funzioni.
"La fornace distrugge la maggior parte dei sensori a base polimerica e i nanosensori contenenti minuscoli elettrodi, come quelli di un dispositivo nanoelettronico, possono fondersi. Molti materiali attualmente non possono essere utilizzati per realizzare sensori perché non resistono al calore", afferma il professore associato Nasiri. .
Tuttavia, la nuova tecnica scoperta dal team di Macquarie aggira questo processo ad alta intensità di calore, consentendo di realizzare nanosensori con una gamma molto più ampia di materiali.
"L'aggiunta di una goccia di etanolo sullo strato sensibile, senza metterlo nel forno, aiuterà gli atomi sulla superficie delle nanoparticelle a muoversi e gli spazi tra le nanoparticelle scompariranno mentre le particelle si uniranno tra loro," il professore associato Nasiri dice.
"Abbiamo dimostrato che l'etanolo ha migliorato notevolmente l'efficienza e la reattività dei nostri sensori, ben oltre ciò che si otterrebbe dopo averli riscaldati per 12 ore."
Il nuovo metodo è stato scoperto dopo che l'autore principale dello studio, lo studente post-laurea Jayden (Xiaohu) Chen, ha accidentalmente spruzzato dell'etanolo su un sensore mentre lavava un crogiolo, in un incidente che normalmente distruggerebbe questi dispositivi sensibili.
"Pensavo che il sensore fosse distrutto, ma in seguito mi sono reso conto che il campione aveva prestazioni migliori di qualsiasi altro campione che avessimo mai realizzato", afferma Chen.
Il professore associato Nasiri afferma che l'incidente potrebbe aver dato loro l'idea, ma l'efficacia del metodo dipendeva da un lavoro scrupoloso per identificare l'esatto volume di etanolo utilizzato.
"Quando Jayden ha trovato questo risultato, siamo tornati indietro con molta attenzione provando diverse quantità di etanolo. Ha testato più e più volte per trovare quello che funzionava", afferma.
"Era come Riccioli d'Oro:tre microlitri erano troppo pochi e non facevano nulla di efficace, 10 microlitri erano troppi e cancellavano lo strato di rilevamento, cinque microlitri erano perfetti!"
Il team ha brevetti in attesa per la scoperta, che ha il potenziale per avere un grande successo nel mondo dei nanosensori.
"Abbiamo sviluppato una ricetta per far funzionare i nanosensori e l'abbiamo testata con sensori di luce UV e anche con nanosensori che rilevano anidride carbonica, metano, idrogeno e altro:l'effetto è lo stesso", afferma il professore associato Nasiri.
"Dopo aver misurato correttamente una goccia di etanolo, il sensore si attiva in circa un minuto. Ciò trasforma un processo lento e ad alta intensità energetica in qualcosa di molto più efficiente."
Ulteriori informazioni: Xiaohu Chen et al, Microcluster autoassemblati guidati da capillari per fotorilevatori UV ad alte prestazioni, Materiali funzionali avanzati (2023). DOI:10.1002/adfm.202302808
Informazioni sul giornale: Materiali funzionali avanzati
Fornito dalla Macquarie University
