エタノール一滴でナノに革命を起こす

マッコーリー大学

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クレジット: マッコーリー大学

マッコーリー大学のエンジニアは、ナノセンサーの製造における二酸化炭素排出量を大幅に削減し、より安価で、より効率的で、より汎用性の高いものにする新技術を開発し、この数兆ドル規模の世界産業における重要なプロセスを大幅に改善しました。

研究チームは、材料を高温に加熱する従来のプロセスの代わりに、一滴のエタノールを使用して各センサーを処理する方法を発見しました。

昨日、Journal of Advanced Functional Materials に発表された彼らの研究のタイトルは、「高性能 UV 検出器のための毛細管駆動自己集合マイクロクラスター」です。

「ナノセンサーは、通常、小さなセンサー表面に堆積された数十億のナノ粒子で構成されていますが、これらのセンサーのほとんどは、最初に製造された時点では機能しません」と、マッコーリー大学工学部ナノテクノロジー研究室長で責任著者のノウシン・ナシリ准教授は言う。 。

ナノ粒子は、弱い自然結合によってネットワークを形成します。そのため、ナノ粒子間に隙間が多くなり、電気信号を伝達できなくなり、センサーが機能しなくなります。

ナシリ准教授のチームは、サンウォッチの背後にある重要な技術である紫外線センサーの改良に取り組んでいるときにこの発見を発見し、ナシリは2023年のユリイカ賞最終候補者となった。

ナノセンサーは、ナノ粒子の層で構成される表面積と体積の比が非常に大きいため、検出するように設計された物質に対する感度が高くなります。 しかし、ほとんどのナノセンサーは、時間とエネルギーを大量に消費する12時間のプロセスで高温で加熱してナノ粒子の層を融合させ、電子が層を通過できるチャネルを作成してセンサーが機能するまで、効果的に機能しません。

「炉はほとんどのポリマーベースのセンサーを破壊し、ナノエレクトロニクスデバイスのような小さな電極を含むナノセンサーは溶ける可能性があります。 現在、多くの材料は熱に耐えられないためセンサーの製造に使用できません」とナシリ准教授は言う。

しかし、マッコーリーのチームが発見した新しい技術は、この熱集約的なプロセスを回避し、より広範囲の材料からナノセンサーを製造できるようにした。

「オーブンに入れずに、センシング層にエタノールを 1 滴加えると、ナノ粒子の表面の原子が動きやすくなり、粒子が互いに結合するにつれてナノ粒子間の隙間がなくなります。」とナシリ准教授は述べています。と言う。

「エタノールを使用すると、センサーの効率と応答性が、12 時間加熱した場合よりも大幅に向上することがわかりました。」

この新しい方法は、研究の筆頭著者である大学院生のジェイデン（シャオフ）・チェン氏が、るつぼを洗浄中に誤ってセンサーにエタノールを飛沫させた後に発見された。この事故により、通常であればこれらの繊細なデバイスが破壊されてしまう。

「センサーが壊れたのかと思いましたが、後でそのサンプルがこれまでに作ったどのサンプルよりも優れていることに気づきました」とチェン氏は言います。

ナシリ准教授は、事故がそのアイデアを与えたかもしれないが、この方法の有効性は使用されたエタノールの正確な量を特定するための骨の折れる作業にかかっていたと述べている。

「ジェイデンがこの結果を発見したとき、私たちは非常に注意深く戻ってさまざまな量のエタノールを試しました。 彼は何がうまくいくかを見つけるために何度もテストしていました」と彼女は言います。

「まるでゴルディロックスのようでした。3 マイクロリットルでは少なすぎて何の効果もありませんでした。10 マイクロリットルでは多すぎて感知層が全滅してしまいました。5 マイクロリットルがちょうどよかったです。」

研究チームはこの発見に関する特許を出願中であり、ナノセンサーの世界で非常に大きな影響を与える可能性がある。

「私たちはナノセンサーを機能させるためのレシピを開発し、それを紫外線センサーでテストしました。また、二酸化炭素、メタン、水素などを検出するナノセンサーでもテストしました。効果は同じでした」とナシリ准教授は言います。