一滴のエタノールがナノセンサー製造に革命をもたらす

2023 年 8 月 4 日

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マッコーリー大学著

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。

『Advanced Functional Materials』誌に掲載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、ナノ電子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、エタノールを一滴センシング層に加えると、ナノ粒子の表面の原子が動き回りやすくなり、粒子が互いに結合するにつれてナノ粒子間の隙間が消えます」とナシリ准教授は言う。と言う。

「私たちは、エタノールがセンサーの効率と応答性を、12 時間加熱した後に得られる以上に大幅に向上させることを示しました。」

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、私たちは非常に慎重にさまざまな量のエタノールを試しました。彼は何が効果的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。