Investigadores de la Universidad Macquarie han desarrollado una nueva forma de fabricar sensores de luz ultravioleta (UV), lo que podría conducir a dispositivos portátiles más eficientes y flexibles.
La investigación se publica en la revista. pequeño en julio, mostró cómo el vapor de ácido acético (esencialmente vapores de vinagre) puede mejorar rápidamente el rendimiento de los sensores basados en nanopartículas de óxido de zinc sin utilizar procesamiento a alta temperatura.
El coautor, el profesor Shujuan Huang, de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Macquarie, dijo: “Descubrimos que al exponer brevemente el sensor al vapor de vinagre, las partículas adyacentes de óxido de zinc en la superficie del sensor se fusionarían, formando un puente que podría conducir energía.”
Agregar nanopartículas de óxido de zinc es una parte importante de la fabricación del pequeño sensor, ya que crea canales por los que fluyen los electrones.
El equipo de investigación descubrió que su método de vapor puede hacer que los detectores UV tengan una capacidad de respuesta 128.000 mayor que los no tratados, y los sensores aún pueden detectar con precisión la luz UV sin interferencias, lo que los hace altamente sensibles y confiables.
El profesor asociado Nowshin Nasiri, coautor del artículo y director del Laboratorio de Nanotecnología de la Universidad Macquarie, dijo: “Normalmente, estos sensores se procesan en un horno, se calientan a altas temperaturas durante 12 horas o más, antes de operarlos o transmitirlos. señales.”
Pero en cambio, el equipo encontró una forma química sencilla de duplicar los efectos del proceso térmico.
“Encontramos una manera de procesar estos sensores a temperatura ambiente con un material muy barato: el vinagre. Simplemente expones el sensor al vapor de vinagre durante cinco minutos y listo, tienes un sensor que funciona”, dice.
Para construir los sensores, los investigadores rociaron una solución de zinc sobre una llama, creando una fina niebla de nanopartículas de óxido de zinc que se depositaron en los electrodos de platino. Esto produjo una fina película parecida a una esponja, que luego expusieron al vapor de vinagre durante cinco a 20 minutos.
El vapor de vinagre cambió la forma en que estaban dispuestas las pequeñas partículas de la película, ayudando a que las partículas se conectaran entre sí, permitiendo que los electrones fluyeran a través del sensor. Al mismo tiempo, las partículas eran lo suficientemente pequeñas como para detectar la luz de forma eficaz.
“Estos sensores están formados por muchísimas partículas diminutas que necesitan estar conectadas para que el sensor funcione”, dijo el profesor asociado Nasiri.
“Hasta que las tratamos, las partículas se sientan una al lado de la otra, casi como si hubiera una pared a su alrededor, por lo que cuando la luz crea una señal eléctrica en una partícula, no puede viajar fácilmente a la siguiente partícula. El sensor no tratado es uno de de nuestro No hace buena señal.”
Los investigadores realizaron pruebas intensivas de diferentes formulaciones antes de lograr el equilibrio perfecto en su proceso.
“El agua por sí sola no es lo suficientemente fuerte como para unir las partículas. Pero el vinagre puro es muy fuerte y destruye toda la estructura”, dice el profesor Huang. “Teníamos que encontrar la combinación perfecta”.
El estudio demostró que los mejores resultados se obtuvieron con sensores expuestos al vapor durante unos 15 minutos. Los tiempos de exposición prolongados provocan muchos cambios estructurales y un rendimiento deficiente.
“La estructura única de estas nanopelículas altamente porosas permite que el oxígeno penetre profundamente, de modo que toda la película sea parte del proceso de detección”, dijo el profesor Huang.
La nueva tecnología de vapor a temperatura ambiente tiene muchas ventajas sobre los métodos actuales de alta temperatura. Permite el uso de materiales termosensibles y bases flexibles, y es más barato y mejor para el medio ambiente.
El profesor asociado Nasiri dijo que el proceso podría ampliarse comercialmente fácilmente.
“Los materiales de los sensores se pueden colocar en una placa giratoria, pasar a través de un ambiente cerrado con vapor de vinagre y estar listos para su uso en menos de 20 minutos”.
El proceso será una verdadera ventaja a la hora de fabricar sensores UV portátiles, que deben ser flexibles y consumir muy poca energía.
El profesor asociado Nasiri dice que este método para sensores UV también se puede utilizar para otros tipos de sensores, utilizando una amplia gama de materiales funcionales, nanoestructuras y procesamiento de sensores a alta temperatura en bases o sustratos en lugar de tratamientos químicos convencionales con vapor.