Em um novo relatório agora publicado em Nature Asia Materials , Kenshi Harada e uma equipe em ciência de materiais e ciência analítica no Japão e na França formaram um novo dispositivo de detecção de ambiente que explorou os fenômenos opto-iônico-eletrônicos de um metal de molibdênio octaédrico (Mo₆ ) conjunto. A equipe construiu esses nanomateriais, ou aglomerados atômicos, com átomos metálicos ligados uns aos outros com átomos não metálicos que os acompanham. Eles alteraram as propriedades dos materiais para uma variedade de aplicações, adicionando substâncias funcionais. Neste trabalho, Harada et al. desenvolveram filmes transparentes feitos de óxido de índio-estanho sobre os quais depositaram aglomerados atômicos de hexamolibdênio para investigar a dependência de umidade e temperatura das propriedades elétricas dos filmes e para entender como sua condutividade se alterava com diferentes condições de luz. O material inovador tem aplicações como sensor atmosférico.
Engenharia de materiais para projetar novos nanomateriais

Metais, semicondutores, cerâmicas e polímeros dão origem a materiais funcionais com potencial para desenvolver novas tecnologias. Materiais que convertem energia podem ser amplamente utilizados em situações cotidianas, e os pesquisadores pretendem conferir propriedades mais avançadas para dispositivos, incluindo sensores piezoelétricos, termoelétricos, gás e fotodiodos para funções sustentáveis. O desenvolvimento de materiais multifuncionais aliado à miniaturização de dispositivos pode levar ao uso de um único produto para ampliar as aplicações em sensoriamento e iluminação. Harada et ai. focado em clusters de átomos de metal reconhecidos como blocos de construção multifuncionais de nanomateriais para projetar novos dispositivos inteligentes. Eles estudaram a dependência da temperatura de propriedades eletrônicas de um aglomerado de metal de molibdênio translúcido preparado por deposição eletroforética, juntamente com propriedades de condutividade de materiais sob irradiação de luz. Em seguida, usando espectrometria de massa, eles determinaram a composição química do aglomerado metálico e descreveram as propriedades eletrônicas para entender a influência da irradiação da luz nas propriedades eletrônicas e iônicas.

Morfologia e propriedades do filme depositado

Harada et ai. primeiro caracterizou o filme de superfície usando um microscópio eletrônico de varredura. Em seguida, quantificaram a espectrometria de mobilidade iônica-espectrometria de massa para apoiar a hipótese de troca iônica durante a deposição eletroforética. Com base nos resultados, a espectrometria de mobilidade iônica mostrou como essas reações de troca de ligantes não afetaram substancialmente a geometria do aglomerado de molibdênio. Em seguida, eles investigaram a dependência da temperatura e da umidade durante a condutividade elétrica dentro do filme do aglomerado de molibdênio e mostraram que a resistência eletrônica do filme do aglomerado depende da temperatura. À medida que a temperatura aumentava, a resistência eletrônica diminuía. A equipe observou energias de ativação semelhantes para filmes de aglomerados de molibdênio preparados com diferentes tempos de deposição para sugerir como as propriedades eletrônicas não foram afetadas pela espessura do filme. Harada et ai. também levou em conta os espectros de impedância do filme cluster em diferentes umidades relativas para mostrar que à medida que a umidade relativa diminui, a resistência eletrônica aumenta.

Dependência da frequência de relaxamento do filme de aglomerado de molibdênio e outras propriedades.

Harada et ai. em seguida observou a condutividade do filme do aglomerado, que geralmente dependia do número de hidrônio (H₃ O ⁺ ) e hidróxido (OH ^- ) criados pela reação de hidrólise durante o processo de deposição eletroforética. A modificação local do pH ao redor dos eletrodos foi um fator importante durante o processo de deposição eletroforética, e a equipe usou íons hidrônio para neutralizar os ânions do aglomerado de molibdênio e criar aglomerados adicionais, com componentes potencialmente estáveis ​​e neutralizados. Os cientistas abordaram em seguida as propriedades eletrônicas do filme de aglomerado de molibdênio sob irradiação de luz, que caracterizaram por meio de medição de corrente contínua. Eles notaram a condução elétrica através de transições incoerentes de portadores de carga entre estados espacialmente localizados. A equipe observou mudanças nas propriedades eletrônicas locais do filme do aglomerado sob irradiação por meio de luzes LED ultravioleta, vermelha e azul sob corrente contínua. Em cada caso, eles realizaram irradiação de luz por apenas 30 segundos após um tempo decorrido de 270 segundos desde o início da aplicação da tensão de corrente contínua. Harada et ai. também mediu a impedância do filme do cluster sob irradiação de luz UV, azul e vermelha. As densidades de fluxo de fótons foram semelhantes nas condições de interesse. A impedância observada aumentou quando as amostras foram irradiadas com luz UV e azul, enquanto não houve alterações significativas com luz vermelha observada.

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Perspectivas

A equipe desenvolveu ainda uma estrutura esquemática do aglomerado de molibdênio no filme a partir dos resultados e realizou vários experimentos com fenômenos reprodutíveis que se mostraram reversíveis. Por exemplo, Harida et al. poderia restaurar a irradiação de luz reduzida para o estado inicial após uma hora de equilíbrio. Uma vez que o aglomerado de molibdênio apresentou propriedades fotocatalíticas, as moléculas de água e/ou íons hidrônio contidos no filme se decompuseram na fotorreação para diminuição da condutividade iônica. Pesquisas adicionais também mostraram como as camadas baseadas na estrutura molecular naturalmente levaram a um comportamento semicondutor intrínseco. Com base nos experimentos, Kenshi Harada e seus colegas destacaram a dependência da umidade, intensidade da luz irradiada e comprimento de onda de irradiação nas propriedades eletrônicas do filme de aglomerado de molibdênio. A equipe identificou as características mais vantajosas do aglomerado de molibdênio, incluindo o grande deslocamento de Stokes, longa vida útil e alta eficiência luminescente vermelha para mostrar como o filme de deposição eletroforética formou um dispositivo multifuncional promissor para detectar umidade e UV. + Explorar mais

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