Zinkoxid nanotråde:Ny løsning til billigere, renere produktion af elektroniske komponenter

Selvom nanotråde svarer til markedets krav om innovative, mindre, fleksible elektroniske enheder ved at aktivere elektroniske kredsløb på molekylær skala, samling af nanotråde til funktionelle materialer er fortsat et problem. Gruppe af forskere fra Kaunas University of Technology (KTU), Litauen tilbyder en ny løsning til højtydende nanotrådsproduktion fra zinkoxid - billigere og miljøvenligere materiale, sammenlignet med de sjældne jordarters grundstoffer som indium, arsen eller gallium, der ofte bruges i elektronikproduktion.

Ifølge videnskabsmænd, nanotrådes syntese er for det meste begrænset af overfladen af ​​vækst, hindrer deres brede anvendelse. Også, mange applikationer kræver egenskaber, som er modstridende og derfor ikke effektivt kan realiseres i et enkelt materiale. Den nye metode til produktion af zinkoxid nanotråde, skabt af gruppen af ​​forskere fra KTU Institute of Materials Science, tackler disse problemer. Således den bredere anvendelse af nanotråde i innovative elektroniske enheder, som bliver stadig mindre, fleksibel og involvering af forskellige overfladematerialer bliver muligt.

"Den nye metode blev skabt, mens jeg undersøgte simple måder at dyrke metaloxidnanostrukturer på. Metoden, som vi nu kalder forbrændingssyntese, gør det muligt at producere høje niveauer af en kontrolleret nanostruktur. Nanotråde dyrkes i gasfasen, slutproduktet opsamlet som pulver og derefter dispergeret i forskellige opløsninger. Simple belægningsmetoder såsom sprøjtning gør det muligt at placere zinkoxid nanotråde på forskellige overflader", siger Dr. Simas Račkauskas, en forsker ved KTU Institut for Materialevidenskab.

På grund af deres halvlederegenskaber, zinkoxid nanotråde har et stort potentiale for anvendelse i elektronik eller optik. Også, egenskaberne af zinkoxidbelagte overflader tillader deres brug i medicin. I øjeblikket, forskere undersøger to potentielle anvendelser af zinkoxid-nanotrådene:en multifunktionel antireflekterende solcellebelægning og et multifunktionelt gassensorarray, følsomme og selektive over for gasser, aktiveret af lys.

"Solelementer, der i øjeblikket bruges på markedet, reflekterer lys, altså lyset, som kunne omdannes til energi, er delvist tabt. Nanowire-solcellebelægninger forbedrer solcellernes ydeevne ved at reducere deres reflekterende egenskaber, ved at omdanne UV-stråler til lys og ved at gøre solelementerne selvrensende egenskaber", forklarer Dr. Račkauskas.

Indledende forskning afslører, at ved at bruge zinkoxid-nanowire-belægning forbedres effektiviteten af ​​solceller med 6 procent. Belægningen er vandafvisende, og det nedbryder de organiske forurenende stoffer; dermed opnås den selvrensende effekt af en solcelle.

I øjeblikket, under laboratorieforhold, KTU-forskerholdet kan producere omkring 100 g zinkoxidnanopartikler i timen, koster omkring 8 EUR. Beløbet ville være nok til at dække de 2,5 m2 solceller.

KTU-forskere undersøger også egenskaberne ved en unik UV-sensor, som kan sprøjtes på enhver overflade. I udviklingen af ​​sensoren bruges to materialer:zinkoxidnanopartikler og en leder (tråd), såsom grafit- eller metalmaling. Man kan tegne et komplet elektronisk skema inklusive ledning og sensor på enhver overflade, sige tekstil, papir eller plastik. Ifølge Dr. Račkauskas, en lyssensor kan bruges som enhver anden kontakt, bare det aktiveres af lys, såsom en simpel laserpointerstråle.

"Anvendelsesmulighederne for en sådan UV-sensor er praktisk talt uudtømmelige, imidlertid, vi er nødt til at afvente markedsefterspørgslen og den videre udvikling af fleksibel elektronik. Vores produkt kan være interessant for funktionelt design, da det gør det muligt at integrere elektronik i beklædningsgenstande, vægge, indretningsobjekter. Også, vores UV-switch kan placeres på svært tilgængelige steder", forklarer Dr. Račkauskas.

Han understreger zinks lave omkostninger og miljøvenlighed i elektronikproduktion:"Det meste af elektronisk produktion bruger sjældne jordarters grundstoffer, såsom indium, arsen og gallium, som er svære at udvinde, processen er dyr og skadelig for miljøet. På den anden side, Zink er meget populært, billig og endda gavnlig for den menneskelige organisme".

Ifølge KTU-forskeren. hvis de sjældne jordarters elementer i elektronik ville blive erstattet af zinkoxid, dette ville resultere i billigere og miljøvenlige løsninger.