Forskere bruger enkle, lavpris laserteknik til forbedring af nanomaterialers egenskaber og funktioner

Ved at 'tegne' mikropønstre på nanomaterialer ved hjælp af en fokuseret laserstråle, forskere kunne ændre egenskaber ved nanomaterialer til effektive anvendelser i fotoniske og optoelektriske applikationer

Forskernes udfordringer med at ændre egenskaber ved nanomaterialer til anvendelse i enheder kan løses ved hjælp af en simpel teknik, takket være nylige innovative undersøgelser foretaget af forskere fra National University of Singapore (NUS).

Ved brug af en enkel, effektiv og billig teknik, der involverer en fokuseret laserstråle, to NUS -forskerhold, ledet af professor Sow Chorng Haur fra Institut for Fysik ved NUS Det Naturvidenskabelige Fakultet, demonstreret, at egenskaberne af to forskellige materialetyper kan kontrolleres og ændres, og derfor deres funktionalitet kan forbedres.

Sagde Prof Sow, "I vores barndom, de fleste af os vil sandsynligvis have oplevelsen af ​​at bringe et forstørrelsesglas udendørs på en solskinsdag og forsøgte at fokusere sollys på et stykke papir for at brænde papiret. En sådan enkel tilgang viser sig at være et meget alsidigt værktøj inden for forskning. I stedet for at fokusere sollys, vi kan fokusere laserstrålen på en lang række nanomaterialer og studere effekter af den fokuserede laserstråle har på disse materialer. "

Micropatterns 'tegnet' på MoS2 -film kan forbedre elektrisk ledningsevne og fotokonduktivitet

Molybdendisulfid (MoS2), en klasse af overgangsmetal dichalcogenidforbindelse, har tiltrukket stor opmærksomhed som et spirende todimensionalt (2D) materiale på grund af bred anerkendelse af dets potentiale inden for og optoelektronik. En af de mange fascinerende egenskaber ved 2D MoS2 film er, at dens egenskaber afhænger af filmens tykkelse. Ud over, dens egenskaber kan ændres, når filmen er modificeret kemisk. Derfor er en af ​​udfordringerne på dette område evnen til at skabe mikrodele ud af MoS2 -filmen omfattende komponenter med forskellig tykkelse eller kemisk karakter.

For at løse denne teknologiske udfordring, Prof Sow, Dr. Lu Junpeng, en postdoktor fra Institut for Fysik ved NUS Det Naturvidenskabelige Fakultet, og deres teammedlemmer, anvendt en optisk mikroskop-fokuseret laserstråleopsætning til at 'tegne' mikropønstre direkte på MoS2-film med stort område samt til at tynde filmene.

Med denne enkle og billige tilgang, forskerne var i stand til at bruge den fokuserede laserstråle til selektivt at 'tegne' mønstre på ethvert område af filmen for at ændre egenskaberne for det ønskede område, i modsætning til andre nuværende metoder, hvor hele filmen er modificeret.

Interessant nok, de fandt også ud af, at det modificerede materiales elektriske ledningsevne og fotokonduktivitet var steget med henholdsvis mere end 10 gange og cirka fem gange. Forskergruppen fremstillede en fotodetektor ved hjælp af lasermodificeret MoS2 -film og demonstrerede MoS2's overlegne ydeevne til en sådan anvendelse.

Denne innovation blev først offentliggjort online i tidsskriftet ACS Nano den 24. maj 2014.

Skjulte billeder 'tegnet' af fokuseret laserstråle på silicium -nanotråde kunne forbedre optiske funktioner

I en beslægtet undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Videnskabelige rapporter den 13. maj 2014, Prof Sow ledede et andet team af forskere fra NUS Det Naturvidenskabelige Fakultet, i samarbejde med forskere fra Hong Kong Baptist University, for at undersøge, hvordan 'tegning' mikropønstre på mesoporøse silicon -nanotråde kan ændre nanotråds egenskaber og fremme deres anvendelser.

Teamet scannede hurtigt en fokuseret laserstråle på en række mesoporøse silicon -nanotråde, som er tæt pakket som tæppens tætvævede tråde. De fandt ud af, at den fokuserede laserstråle kunne ændre de optiske egenskaber ved nanotråde, får dem til at udsende grønlig-blå fluorescenslys. Dette er den første observation af en sådan lasermodificeret adfærd fra de mesoporøse silicium nanotråde, der skal rapporteres.

Forskerne studerede systematisk den laserinducerede modifikation for at få indsigt i at etablere kontrol over de optiske egenskaber ved de mesoporøse silicium-nanotråde. Deres forståelse gjorde dem i stand til at 'tegne' en lang række mikropatroner med forskellige optiske funktioner ved hjælp af den fokuserede laserstråle.

For at afprøve deres fund, forskerne konstruerede de funktionelle komponenter i nanotrådene med interessante applikationer. Forskergruppen demonstrerede, at de mikropatroner, der er skabt ved lav lasereffekt, er usynlige under optisk mikroskop med lysfelt, men bliver tydelige under fluorescensmikroskop, angiver muligheden for skjulte billeder.

Yderligere forskning

Det hurtigt voksende felt inden for elektronik og optoelektronik kræver præcis materialeaflejring med applikationsspecifik optisk, elektrisk, kemisk, og mekaniske egenskaber.

At udvikle materialer med egenskaber, der kan imødekomme branchens krav, Prof Sow, sammen med sit team af forskere, vil udvide den alsidige fokuserede laserstråle teknik til flere nanomaterialer. Ud over, de vil undersøge yderligere forbedring af egenskaberne af MoS2 og mesoporøst silicium med forskellige teknikker.