Badacze z Uniwersytetu Macquarie opracowali rewolucyjne podejście do tworzenia czujników ultrafioletowych (UV), co pozwala na bardziej efektywne i elastyczne urządzenia noszone. Nowa technologia, oparta na użyciu pary kwasu octowego, stanowi znaczący postęp w dziedzinie systemów sensorycznych, oferując wiele zalet w porównaniu do tradycyjnych metod wymagających wysokich temperatur.

Badanie, opublikowane w czasopiśmie Small, podkreśla, w jaki sposób para kwasu octowego, w zasadzie para octu, może znacznie poprawić wydajność czujników opartych na nanocząstkach tlenku cynku. Tradycyjne metody produkcji tych czujników wymagają długotrwałego obróbki termicznej, ale zespół badawczy z Uniwersytetu Macquarie odkrył, że podobne efekty można osiągnąć poprzez prosty proces chemiczny w temperaturze pokojowej.

Nowa technologia, która zmienia zasady gry
Kluczowym aspektem tej innowacji jest ekspozycja czujników na pary kwasu octowego, co powoduje, że nanocząstki tlenku cynku na powierzchni czujnika łączą się ze sobą, tworząc mostki, przez które energia może przepływać. Proces ten pozwala, aby czujniki stały się niesamowicie wrażliwe – nawet do 128 000 razy bardziej w porównaniu z nieobrabianymi czujnikami. Czujniki zachowują również zdolność precyzyjnego wykrywania światła UV bez zakłóceń, co sprawia, że są niezawodnym i długotrwałym rozwiązaniem dla różnych zastosowań.

Profesor Noushin Nasiri, kierownik Laboratorium Nanotechnologii na Uniwersytecie Macquarie, podkreśla, że ten prosty, ale skuteczny proces jest przełomowy dla przemysłu czujników. Tradycyjne metody obejmują wypiekanie czujników w wysokich temperaturach, co ogranicza możliwości zastosowań w elastycznych i wrażliwych materiałach. Jednak nowa technika pozwala na tworzenie czujników, które są nie tylko funkcjonalne, ale także ekologiczne.

Szczegółowy proces produkcji
Proces produkcji tych zaawansowanych czujników zaczyna się od rozpylania roztworu cynku w płomieniu, co tworzy drobny mgiełkę nanocząsteczek tlenku cynku, które osadzają się na elektrodach platynowych. Ten cienki, gąbczasty film jest następnie eksponowany na pary kwasu octowego przez okres od pięciu do dwudziestu minut, w zależności od pożądanego poziomu łączenia cząsteczek. Para kwasu octowego wywołuje zmiany w strukturze filmu, umożliwiając cząsteczkom wzajemne łączenie się i zapewniając płynny przepływ elektronów przez czujnik. Ponadto cząsteczki pozostają wystarczająco małe, aby skutecznie wykrywać światło.

Naukowcy przeprowadzili obszerne testy różnych formulacji, zanim znaleźli idealną równowagę w procesie. Sama woda nie była wystarczająco silna, aby połączyć cząsteczki, podczas gdy czysty ocet był zbyt mocny, niszcząc strukturę czujnika. Idealne wyniki osiągnięto, gdy czujniki były eksponowane na pary przez około 15 minut, podczas gdy dłuższa ekspozycja powodowała nadmierne zmiany strukturalne, które wpłynęły na wydajność.

Szerokie zastosowania i potencjał komercyjny
Nowa technika obróbki parą w temperaturze pokojowej przynosi liczne korzyści w porównaniu do obecnie stosowanych metod obróbki wysokotemperaturowej. Pozwala na wykorzystanie materiałów wrażliwych na ciepło i elastycznych podłoży oraz jest bardziej ekonomiczna i ekologiczna. Proces można łatwo komercjalizować, co czyni go idealnym rozwiązaniem dla masowej produkcji noszonych czujników UV.

Nasiri podkreśla, że metoda ta ma potencjał do szerszego zastosowania w różnych typach czujników. Korzystając z prostych obróbek chemicznych parą zamiast procesów wysokotemperaturowych, technologia może być stosowana w różnych materiałach funkcjonalnych, nanostrukturach i podłożach, otwierając drzwi do rozwoju nowych rozwiązań sensorycznych w różnych branżach.

Ta innowacja, która pojawia się w czasie rosnącego zapotrzebowania na elastyczne i ekologiczne technologie, stanowi znaczący krok naprzód w rozwoju czujników, szczególnie dla urządzeń noszonych, które wymagają wysokiej wrażliwości i niskiego zużycia energii.

Źródło: Macquarie University