一滴水改变一切:研究人员彻底改变纳米传感器制造的新技术

2023年08月07日 22:56 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

麦考瑞大学(Macquarie University)的工程师们开创了一种生产纳米传感器的新方法,这种方法大大降低了碳密集度,降低了成本,提高了效率和多功能性,大大改进了这一价值数万亿美元的全球行业的关键工艺。

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研究小组找到了一种方法,只需一滴乙醇就能处理每个传感器,而不是将材料加热到高温的传统工艺。他们的研究成果最近发表在《先进功能材料》杂志上。

论文通讯作者、麦考瑞大学工程学院纳米技术实验室主任努申-纳西里(Noushin Nasiri)副教授说:"纳米传感器通常由沉积在传感器小表面上的数十亿纳米粒子组成,但这些传感器在首次制造时大多不起作用。"

纳米粒子通过微弱的天然键组装成一个网络,纳米粒子之间的间隙过大,无法传输电信号,因此传感器无法工作。

纳西里副教授的团队是在改进紫外线传感器时发现这一发现的,紫外线传感器是"太阳观察"背后的关键技术,纳西里也因此入围了2023年尤里卡奖决赛。

纳米传感器由多层纳米颗粒组成,具有巨大的表面积比,因此对所要检测的物质高度敏感。但是,大多数纳米传感器都要经过耗时耗能的12小时加热过程,利用高温将纳米粒子层熔合,形成通道,让电子穿过各层,这样传感器才能有效工作。

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麦考瑞大学科学家 Jayden Chen 和副教授 Noushin Nasiri 在纳米传感器上测试乙醇液滴。

"熔炉会破坏大多数基于聚合物的传感器,而含有微小电极的纳米传感器(如纳米电子设备中的电极)则会熔化。许多材料目前都不能用来制造传感器,因为它们不能耐热,"纳西里副教授说。

然而,麦考瑞团队发现的新技术绕过了这一热量密集型过程,使纳米传感器可以用更广泛的材料制成。纳西里副教授说:"在传感层上添加一滴乙醇,而不将其放入烤箱,这将有助于纳米粒子表面的原子移动,纳米粒子之间的间隙也会随着粒子的相互结合而消失。我们的研究表明,乙醇大大提高了传感器的效率和响应速度,超过了加热 12 小时后的效果"。

这项研究的第一作者、研究生陈杰登(Xiaohu)在清洗坩埚时不小心将一些乙醇溅到了传感器上,而这种情况通常会破坏这些敏感设备,因此他发现了这种新方法。

陈说:"我以为传感器被毁了,但后来发现,这个样品的性能超过了我们做过的其他所有样品。纳西里副教授说,这次事故可能给了他们灵感,但这种方法的有效性取决于确定所用乙醇的确切体积的艰苦工作。"

"当杰登发现这一结果时,我们又非常仔细地尝试了不同量的乙醇。他反复试验,以找到有效的方法,"她说。"3 微升太少了,没有任何效果;10 微升太多了,会把传感层抹掉;5 微升刚刚好!"

该团队的这一发现正在申请专利,有可能在纳米传感器领域引起巨大轰动。

纳西里副教授说:"我们开发出了一种让纳米传感器发挥作用的配方,我们用紫外光传感器和检测二氧化碳、甲烷、氢气等的纳米传感器进行了测试,效果都是一样的。在正确测量一滴乙醇后,传感器在一分钟左右就被激活。这就把一个缓慢、高能耗的过程变成了效率高得多的过程。"

澳大利亚和国际上已有公司与纳西里副教授联系,希望与她合作将这项技术付诸实践。

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