Forskere udvikler en omkostningseffektiv måde at forbedre optiske gassensorer fra en fælles forbindelse

For mange, zinkoxid fremmaner billeder af lyse striber ned ad livreddernes næser. Men for forskere på Concordias fakultet for kunst og naturvidenskab, ZnO er en spændende forbindelse med vigtige optiske og elektriske egenskaber.

For en undersøgelse for nylig offentliggjort i Materialer og design , Concordia-fysikerne Amir Hassanpour og Pablo Bianucci sluttede sig til kemikerne Nicoleta Bogdan og John Capobianco for at se nærmere på dette almindelige materiale, der kan bruges på mange forskellige måder.

Gennem deres forskning, de udviklede en omkostningseffektiv metode til at dyrke ZnO ved hjælp af en tilgang, der en dag kan føre til nye solcelledesigns.

"Zinkoxid er hovedingrediensen i mange cremer, der behandler bleudslæt og bruges almindeligvis som ingrediens i solcreme, " siger Bianucci, adjunkt i Concordias Institut for Fysik og undersøgelsens seniorforfatter.

"Det er også billigt, biokompatibel og nem at lave."

På det mikroskopiske plan, ZnO eksisterer typisk som en slags skov af mikroskopiske "træer" kaldet nanorods, der er nyttige til hudcremeapplikationer. Men enheder som gassensorer kan også gøre brug af ZnO, når nanoroderne er arrangeret i specifikke mønstre. Traditionelt, disse mønstre har været svære og dyre at fremstille. Men Concordias forskerhold har udviklet en ny metode.

"Det er nemt at dyrke zinkoxid som en skov af tilfældigt placerede nanorods, hvor hver enkelt har en diameter mellem 100 og 1000 gange mindre end et menneskehår. Men det er ikke let at fortælle nanoroderne, hvor de skal vokse, så vi kan få de mønstre, der er nødvendige for at skabe komplekse genstande som gassensorer, " forklarer Bianucci.

"Hvis vi kan dyrke nanoroderne, hvordan og hvor vi vil have dem, vi kan skabe specielle strukturer kaldet 'fotoniske krystaller', der fanger lys. Dette ville føre til udviklingen af ​​effektive ultraviolette lasere, eller følsomme optiske gassensorer, der ville ændre farve, når en bestemt gas er til stede."

Forskerholdet har udviklet en proces til at lave meget små nanorods med en diameter på mindre end 100 nanometer, som kan adskilles præcist, med cirka 500 nanometer mellem nabostænger.

"Vores undersøgelse beviser, at den materielle kvalitet af disse nanorods er den samme som dem, der dyrkes i tætte skove. Hvad mere er, vi kan reproducere denne proces på billige materialer som glas, " siger Hassanpour, studiets hovedforfatter og ph.d.-kandidat i fysik.

Dette viser, at nanorods dyrket i forudbestemte positioner har de samme egenskaber som dem, der dyrkes tilfældigt, giver forskere mulighed for at fremstille specifikke mønstre til forskellige applikationer. Processen reducerer fabrikationsomkostningerne betydeligt for nogle avancerede enheder, såsom små, prisvenlige gassensorer, der fungerer mere præcist end konventionelle.

Hassanpour håber, at denne metode en dag kunne, med yderligere udvikling, bruges til at lave lasere, der bruger meget lidt strøm, og måske endda føre til nye solcelledesigns.