Investigadores de la Universidad Macquarie han desarrollado una nueva forma de crear sensores de luz ultravioleta (UV), lo que podría conducir a dispositivos portátiles más eficientes y flexibles.
El estudio, publicado en la revista pequeño en julio, muestra cómo el vapor de ácido acético (esencialmente vapores de vinagre) puede mejorar drásticamente el rendimiento de un sensor basado en nanopartículas de óxido de zinc sin utilizar altas temperaturas para el procesamiento.
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 de óxido de zinc adyacentes en la superficie del sensor se fusionarían, formando un puente que puede tomar energía”. “.
Unir nanopartículas de óxido de zinc es una parte importante de la construcción de pequeños sensores, ya que crea canales para el flujo de electrones.
El equipo de investigación descubrió que su método de evaporación puede hacer que los detectores UV no tratados sean 128.000 veces más sensibles, y los sensores pueden detectar con precisión la luz UV sin interferencias, lo que los hace altamente sensibles y confiables.
El profesor asociado Nausheen Nasri, coautor del artículo y director del Laboratorio de Nanotecnología de la Universidad Macquarie, dice: “Normalmente, estos sensores se procesan en un horno, a altas temperaturas durante 12 horas o más. Se calientan antes de que puedan funcionar”. o transmitir cualquier señal.”
Pero en cambio, el equipo encontró un método químico simple para copiar los efectos del proceso de calor.
“Encontramos una manera de procesar estos sensores a temperatura ambiente con un ingrediente 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 el sensor, los investigadores rociaron una solución de zinc sobre una llama, creando una fina niebla de nanopartículas de óxido de zinc que se depositaron en un electrodo de platino. Esto formó una película delgada, 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 se organizaban las pequeñas partículas en la película, ayudando a que las partículas se unieran y permitiendo que los electrones fluyeran a través del sensor. Al mismo tiempo, las partículas seguían siendo 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”, dice el profesor asociado Nasri.
“Cuando las tratamos, las partículas simplemente se sientan cerca unas de otras, casi como si hubiera una pared a su alrededor, de modo que cuando la luz genera una señal eléctrica en una partícula, viaja fácilmente a la siguiente partícula. No puede viajar. El sensor no tratado no nos da una buena señal”.
Los investigadores probaron exhaustivamente varias formulaciones antes de lograr el equilibrio perfecto en su proceso.
“El agua por sí sola no es lo suficientemente fuerte como para hacer que las partículas se adhieran entre sí. Pero el vinagre puro es demasiado fuerte y destruye toda la estructura”, dice el profesor Huang. “Sólo teníamos que encontrar la combinación adecuada”.
El estudio demostró que los mejores resultados se obtuvieron con sensores expuestos al vapor durante unos 15 minutos. Un tiempo de exposición más prolongado provocó más 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 forma parte del mecanismo de detección”, dice el profesor Huang.
La nueva técnica de evaporación a temperatura ambiente tiene varias ventajas sobre los métodos existentes 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 Nasri afirma que el proceso podría fácilmente ampliarse comercialmente.
“El material del sensor se puede colocar sobre una placa rodante, pasar a través de una atmósfera cerrada con vapor de vinagre y estar listo para su uso en menos de 20 minutos”.
Este proceso será una ventaja real a la hora de crear sensores UV portátiles, que deben ser flexibles y consumir muy poca energía.
El profesor asociado Nasri dice que el método para sensores UV podría usarse para otros tipos de sensores, utilizando un simple tratamiento químico con vapor en lugar del procesamiento de sensores a alta temperatura. Se incluye una amplia gama de materiales funcionales, nanoestructuras y bases o sustratos.
