Os engenheiros da Universidade Macquarie desenvolveram uma nova técnica para tornar a fabricação de nanosensores muito menos intensiva em carbono, muito mais barata, mais eficiente e mais versátil, melhorando substancialmente um processo chave nesta indústria global de trilhões de dólares.



A equipe encontrou uma maneira de tratar cada sensor usando uma única gota de etanol em vez do processo convencional que envolve o aquecimento de materiais a altas temperaturas.

A pesquisa deles, publicada em Advanced Functional Materials , é intitulado 'Microclusters automontados acionados por capilares para detectores UV de alto desempenho'.

"Os nanosensores são geralmente compostos de bilhões de nanopartículas depositadas em uma pequena superfície do sensor - mas a maioria desses sensores não funciona quando fabricados pela primeira vez", diz o autor correspondente, Professor Associado Noushin Nasiri, chefe do Laboratório de Nanotecnologia da Escola de Engenharia da Universidade Macquarie. .

As nanopartículas se reúnem em uma rede mantida unida por ligações naturais fracas que podem deixar tantas lacunas entre as nanopartículas que elas não conseguem transmitir sinais elétricos, de modo que o sensor não funcionará.

A equipe do professor associado Nasiri descobriu a descoberta enquanto trabalhava para melhorar os sensores de luz ultravioleta, a tecnologia-chave por trás do Sunwatch, que fez com que Nasiri se tornasse finalista do Prêmio Eureka de 2023.

Os nanossensores têm uma enorme relação superfície-volume composta por camadas de nanopartículas, tornando-os altamente sensíveis à substância que foram projetados para detectar. Mas a maioria dos nanosensores não funcionam de forma eficaz até serem aquecidos num processo demorado e intensivo de energia de 12 horas, usando altas temperaturas para fundir camadas de nanopartículas, criando canais que permitem que os elétrons passem através das camadas para que o sensor funcione.

"O forno destrói a maioria dos sensores baseados em polímeros, e nanosensores contendo eletrodos minúsculos, como os de um dispositivo nanoeletrônico, podem derreter. Muitos materiais não podem atualmente ser usados ​​para fazer sensores porque não suportam o calor", diz o professor associado Nasiri. .

No entanto, a nova técnica descoberta pela equipe do Macquarie contorna esse processo de uso intensivo de calor, permitindo que nanosensores sejam feitos a partir de uma gama muito mais ampla de materiais.

"Adicionar uma gota de etanol à camada de detecção, sem colocá-la no forno, ajudará os átomos na superfície das nanopartículas a se moverem, e as lacunas entre as nanopartículas desaparecem à medida que as partículas se unem umas às outras", Professor Associado Nasiri diz.

“Mostramos que o etanol melhorou muito a eficiência e a capacidade de resposta dos nossos sensores, muito além do que você obteria após aquecê-los por 12 horas”.

O novo método foi descoberto depois que o principal autor do estudo, o estudante de pós-graduação Jayden (Xiaohu) Chen, acidentalmente derramou um pouco de etanol em um sensor enquanto lavava um cadinho, em um incidente que normalmente destruiria esses dispositivos sensíveis.

“Achei que o sensor estava destruído, mas depois percebi que a amostra estava superando todas as outras amostras que já fizemos”, diz Chen.

O professor associado Nasiri diz que o acidente pode ter dado a ideia, mas a eficácia do método dependia de um trabalho minucioso para identificar o volume exato de etanol utilizado.

“Quando Jayden encontrou esse resultado, voltamos com muito cuidado e testamos diferentes quantidades de etanol. Ele testou repetidas vezes para descobrir o que funcionava”, diz ela.

"Foi como Cachinhos Dourados - três microlitros era pouco e não faziam nada eficaz, 10 microlitros eram demais e eliminavam a camada de detecção, cinco microlitros eram perfeitos!"

A equipe tem patentes pendentes para a descoberta, que tem potencial para causar um grande impacto no mundo dos nanosensores.

“Desenvolvemos uma receita para fazer os nanossensores funcionarem e testamos-a com sensores de luz UV, e também com nanossensores que detectam dióxido de carbono, metano, hidrogénio e muito mais – o efeito é o mesmo”, diz o professor associado Nasiri.

"Após uma gota de etanol medida corretamente, o sensor é ativado em cerca de um minuto. Isso transforma um processo lento e altamente intensivo em energia em algo muito mais eficiente."

Mais informações: Xiaohu Chen et al, Microclusters automontados acionados por capilares para fotodetectores UV de alto desempenho, Materiais funcionais avançados (2023). DOI:10.1002/adfm.202302808
Informações do diário: Materiais Funcionais Avançados

Fornecido pela Universidade Macquarie