Una sola gota de etanol revolucionará la fabricación de nanosensores

4 de agosto de 2023

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por la Universidad Macquarie

Los ingenieros de la Universidad Macquarie han desarrollado una nueva técnica para hacer que la fabricación de nanosensores requiera mucho menos carbono, sea mucho más barata, más eficiente y más versátil, mejorando sustancialmente un proceso clave en esta industria global de un billón de dólares.

El equipo ha encontrado una manera de tratar cada sensor utilizando una sola gota de etanol en lugar del proceso convencional que implica calentar materiales a altas temperaturas.

Su investigación, publicada en Advanced Functional Materials, se titula "Microclusters autoensamblados impulsados ​​por capilares para detectores UV de alto rendimiento".

"Los nanosensores suelen estar formados por miles de millones de nanopartículas depositadas en una pequeña superficie del sensor, pero la mayoría de estos sensores no funcionan cuando se fabrican por primera vez", dice el autor correspondiente, el profesor asociado Noushin Nasiri, jefe del Laboratorio de Nanotecnología de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Macquarie. .

Las nanopartículas se ensamblan en una red unida por enlaces naturales débiles que pueden dejar tantos espacios entre las nanopartículas que no transmiten señales eléctricas, por lo que el sensor no funciona.

El equipo del profesor asociado Nasiri descubrió el hallazgo mientras trabajaba para mejorar los sensores de luz ultravioleta, la tecnología clave detrás de Sunwatch, gracias a la cual Nasiri se convirtió en finalista del Premio Eureka 2023.

Los nanosensores tienen una enorme relación superficie-volumen formada por capas de nanopartículas, lo que los hace muy sensibles a la sustancia que están diseñados para detectar. Pero la mayoría de los nanosensores no funcionan eficazmente hasta que se calientan en un proceso de 12 horas que consume mucho tiempo y energía y que utiliza altas temperaturas para fusionar capas de nanopartículas, creando canales que permiten que los electrones pasen a través de las capas para que el sensor funcione.

"El horno destruye la mayoría de los sensores basados ​​en polímeros, y los nanosensores que contienen electrodos diminutos, como los de un dispositivo nanoelectrónico, pueden fundirse. Actualmente, muchos materiales no se pueden usar para fabricar sensores porque no pueden soportar el calor", dice el profesor asociado Nasiri. .

Sin embargo, la nueva técnica descubierta por el equipo de Macquarie evita este proceso intensivo en calor, lo que permite fabricar nanosensores a partir de una gama mucho más amplia de materiales.

"Agregar una gota de etanol a la capa sensora, sin colocarla en el horno, ayudará a que los átomos en la superficie de las nanopartículas se muevan y los espacios entre las nanopartículas desaparezcan a medida que las partículas se unen entre sí", dijo el profesor asociado Nasiri. dice.

"Demostramos que el etanol mejoró enormemente la eficiencia y la capacidad de respuesta de nuestros sensores, más allá de lo que se obtendría después de calentarlos durante 12 horas".

El nuevo método fue descubierto después de que el autor principal del estudio, el estudiante de posgrado Jayden (Xiaohu) Chen, salpicara accidentalmente un poco de etanol sobre un sensor mientras lavaba un crisol, en un incidente que normalmente destruiría estos dispositivos sensibles.

"Pensé que el sensor estaba destruido, pero luego me di cuenta de que la muestra estaba superando a todas las demás muestras que habíamos creado", dice Chen.

El profesor asociado Nasiri dice que el accidente podría haberles dado la idea, pero la eficacia del método dependía de un trabajo minucioso para identificar el volumen exacto de etanol utilizado.

"Cuando Jayden encontró este resultado, volvimos a probar con mucho cuidado diferentes cantidades de etanol. Él estaba probando una y otra vez para encontrar qué funcionaba", dice.

"Fue como Ricitos de Oro: tres microlitros era muy poco y no hacía nada efectivo, 10 microlitros era demasiado y borraba la capa sensora, ¡cinco microlitros era lo correcto!"

El equipo tiene patentes pendientes para el descubrimiento, que tiene el potencial de causar un gran revuelo en el mundo de los nanosensores.

"Hemos desarrollado una receta para hacer que los nanosensores funcionen y la hemos probado con sensores de luz ultravioleta y también con nanosensores que detectan dióxido de carbono, metano, hidrógeno y más; el efecto es el mismo", dice el profesor asociado Nasiri.

"Después de medir correctamente una gota de etanol, el sensor se activa en aproximadamente un minuto. Esto convierte un proceso lento y que consume mucha energía en algo mucho más eficiente".

Más información: Xiaohu Chen et al, Microclusters autoensamblados impulsados ​​por capilares para fotodetectores UV de alto rendimiento, materiales funcionales avanzados (2023). DOI: 10.1002/adfm.202302808

Información de la revista:Materiales funcionales avanzados

Proporcionado por la Universidad Macquarie