나노에 혁명을 일으키는 에탄올 한 방울

맥쿼리대학교

이미지: 나노입자 센서는 사람의 손톱보다 작습니다.더보기

신용: 맥쿼리 대학교

맥쿼리 대학의 엔지니어들은 나노센서 제조를 훨씬 덜 탄소 집약적이고, 훨씬 더 저렴하고, 더 효율적이고, 더 다양하게 만드는 새로운 기술을 개발하여 1조 달러 규모의 글로벌 산업의 핵심 프로세스를 실질적으로 개선했습니다.

연구팀은 물질을 고온으로 가열하는 기존 공정 대신 에탄올 한 방울을 사용하여 각 센서를 처리하는 방법을 찾았습니다.

어제 Journal of Advanced Functional Materials에 발표된 그들의 연구 제목은 '고성능 UV 검출기를 위한 모세관 구동 자가 조립 마이크로클러스터'입니다.

"나노센서는 일반적으로 작은 센서 표면에 증착된 수십억 개의 나노입자로 구성됩니다. 그러나 이러한 센서의 대부분은 처음 제작될 때 작동하지 않습니다"라고 맥쿼리 대학교 공과대학 나노기술 연구소 소장인 교신저자 부교수 Noushin Nasiri는 말합니다. .

나노입자는 약한 자연 결합으로 서로 결합된 네트워크로 조립됩니다. 이로 인해 나노입자 사이에 너무 많은 간격이 생겨 전기 신호를 전송할 수 없게 되어 센서가 작동하지 않게 됩니다.

Nasiri 부교수 팀은 Nasiri가 2023년 유레카 상 최종 후보가 되는 Sunwatch의 핵심 기술인 자외선 센서를 개선하기 위해 노력하면서 이 발견을 발견했습니다.

나노센서는 나노입자 층으로 구성된 거대한 표면 대 부피 비율을 갖고 있어 감지하도록 설계된 물질에 매우 민감합니다. 그러나 대부분의 나노센서는 나노입자 층을 융합하기 위해 고온을 사용하고 전자가 층을 통과하여 센서가 작동할 수 있도록 하는 채널을 생성하는 시간 소모적이고 에너지 집약적인 12시간 과정에서 가열될 때까지 효과적으로 작동하지 않습니다.

“용광로는 대부분의 폴리머 기반 센서를 파괴하며, 나노전자 장치에 있는 것과 같은 작은 전극을 포함하는 나노센서는 녹을 수 있습니다. 많은 재료는 열을 견딜 수 없기 때문에 현재 센서를 만드는 데 사용할 수 없습니다.”라고 Nasiri 부교수는 말합니다.

그러나 맥쿼리 팀이 발견한 새로운 기술은 이러한 열 집약적인 공정을 우회하여 훨씬 더 광범위한 재료로 나노센서를 만들 수 있게 해줍니다.

나시리 부교수는 “오븐에 넣지 않고 감지층에 에탄올 한 방울을 추가하면 나노입자 표면의 원자가 이동하는 데 도움이 되고 입자가 서로 결합되면서 나노입자 사이의 틈이 사라진다”고 말했다. 말한다.

"우리는 에탄올이 12시간 동안 가열한 후 얻을 수 있는 것보다 센서의 효율성과 반응성이 크게 향상되었음을 보여주었습니다."

새로운 방법은 연구의 주요 저자인 대학원생 Jayden (Xiaohu) Chen이 도가니를 세척하는 동안 실수로 센서에 약간의 에탄올을 뿌린 후에 발견되었습니다. 이 사고로 인해 일반적으로 이러한 민감한 장치가 파손될 수 있었습니다.

Chen은 “센서가 파손된 줄 알았는데 나중에 그 샘플이 우리가 만든 다른 모든 샘플보다 성능이 뛰어나다는 것을 깨달았습니다.”라고 말했습니다.

Nasiri 부교수는 사고를 통해 아이디어를 얻었을 수도 있지만, 이 방법의 효과는 사용된 에탄올의 정확한 양을 확인하기 위한 노력에 달려 있다고 말했습니다.

“Jayden이 이 결과를 발견했을 때 우리는 매우 신중하게 다양한 양의 에탄올을 시험해 보았습니다. 그는 무엇이 효과가 있는지 찾기 위해 계속해서 테스트하고 있었습니다.”라고 그녀는 말합니다.

"그것은 마치 골디락스 같았습니다. 3마이크로리터는 너무 적고 아무 효과도 없었습니다. 10마이크로리터는 너무 많아서 감지 층을 지워버렸고, 5마이크로리터는 딱 맞았습니다!"

팀은 나노센서 세계에서 매우 큰 관심을 끌 수 있는 잠재력을 가진 발견에 대한 특허를 출원 중입니다.

Nasiri 부교수는 “우리는 나노센서가 작동하도록 하는 방법을 개발했으며 UV 광 센서와 이산화탄소, 메탄, 수소 등을 감지하는 나노센서를 사용하여 이를 테스트했습니다. 효과는 동일합니다.”라고 말했습니다.