Guld nanopartikler til at finde anvendelser i brintøkonomi

Et internationalt hold af videnskabsmænd fra Peter den Store St. Petersborg Polytekniske Universitet (SPbPU), Leibniz University Hannover (Leibniz Universität Hannover) og Ioffe Institute rapporterer en måde at forbedre nanokompositmateriale på, åbner nye muligheder i industrien. Studiet, med titlen "Mekanismen for ladningsbærergenerering ved TiO ₂ —n-Si heterojunction aktiveret af guld nanopartikler, " er offentliggjort i Halvledervidenskab og teknologi .

Undersøgelsen er dedikeret til en sammensat halvleder baseret på titaniumdioxid. Dens anvendelser er bredt undersøgt af forskere over hele verden. Men de processer, der finder sted i dette materiale, er meget komplekse. Derfor, at bruge halvlederen mere effektivt, det er nødvendigt at sikre, at den energi, der er indesluttet mellem dens lag, kan frigives og transmitteres.

Inden for rammerne af eksperimenterne, forskerne foreslår en kvalitativ model til at forklare de komplekse processer. De brugte et kompositmateriale bestående af en siliciumwafer (standard siliciumwafer brugt i elektroniske enheder), guld nanopartikler og et tyndt lag titaniumdioxid. Under eksperimentet med at overføre energien inde i materialet, forskerne havde til hensigt at isolere nanopartikler fra silicium. Hvis nanopartikler ikke er isoleret fra siliciumwaferen, så kan energien ikke overføres til silicium eller til titaniumdioxid, fører til energitab.

"Det opnåede materiale var en siliciumwafer med søjlelignende strukturer dyrket på overfladen. Det blev brugt som et substrat for prøven. Guldnanopartikler var placeret oven på disse søjler, og hele strukturen blev belagt med titaniumoxid. Således, nanopartikler kom kun i kontakt med titaniumdioxid, og blev samtidig isoleret fra silicium. Antallet af grænser mellem lagene faldt, og vi forsøgte at beskrive processerne i materialet. Ud over, vi antog, at denne struktur ville øge effektiviteten af ​​at bruge energien fra lys, der oplyser overfladen af ​​vores materiale, " siger Dr. Maxim Mishin, professor i fysik, Kemi, og teknologi for mikrosystemudstyrsafdelingen i SPbPU.

I St. Petersborg, en international videnskabelig gruppe etablerede en model for en ny struktur, så blev hoveddelen af ​​strukturen skabt i Hannover:en siliciumwafer med søjler og guldnanopartikler placeret ovenpå.

Forsøget blev udført som følger. Først, waferen blev oxideret, dvs. det var dækket med et lag af substratet, og guld nanopartikler blev sat oven på det. "Efter det, vi stod over for den næste opgave:at skabe søjler og at udføre ætsningen af ​​substratet, så det forbliver under partiklerne og ikke og imellem dem. I betragtning af, at vi har at gøre med nanoskalaen - diameteren af ​​guldnanopartikler er omkring 10 nanometer, og højden af ​​søjlen er 80 nanometer - dette er ikke en triviel opgave. Udviklingen af ​​moderne nanoelektronik gør det muligt at anvende de såkaldte 'tørre' ætsningsmetoder såsom reaktiv ionætsning, " tilføjer Dr. Marc Christopher Wurz fra Institute of Micro Production Technology ved Leibniz University Hannover.

Ifølge videnskabsmænd, processen var ikke hurtig. I de første faser af eksperimentet, mens du bruger ionætsningen, alle guld nanopartikler blev simpelthen revet ned fra den oxiderede wafer. I løbet af en uge forskerne valgte parametrene til ætsning af plasmasystem, så guldnanopartiklerne forblev på overfladen. Hele eksperimentet blev udført inden for 10 dage.

Dette videnskabelige projekt er i gang. Forskerne rapporterer, at dette nanokompositmateriale kan bruges i optiske enheder, der opererer i det synlige lysspektrum. Ud over, det kan bruges som en katalysator til at producere brint fra vand, eller at rense vand ved at stimulere nedbrydningen af ​​komplekse molekyler. Ud over, dette materiale kan være nyttigt som et element i en sensor, der registrerer gaslækager eller øget koncentration af skadelige stoffer i luften.