Les ingénieurs de l'Université Macquarie ont développé une nouvelle technique pour rendre la fabrication de nanocapteurs beaucoup moins gourmande en carbone, beaucoup moins chère, plus efficace et plus polyvalente, améliorant ainsi considérablement un processus clé dans cette industrie mondiale de plusieurs milliards de dollars.
L'équipe a trouvé un moyen de traiter chaque capteur en utilisant une seule goutte d'éthanol au lieu du processus conventionnel qui consiste à chauffer les matériaux à des températures élevées.
Leurs recherches, publiées dans Advanced Functional Materials , s'intitule "Microclusters auto-assemblés à commande capillaire pour détecteurs UV hautement performants".
"Les nanocapteurs sont généralement constitués de milliards de nanoparticules déposées sur une petite surface de capteur, mais la plupart de ces capteurs ne fonctionnent pas une fois fabriqués", explique le professeur agrégé Noushin Nasiri, auteur correspondant, directeur du laboratoire de nanotechnologie à la faculté d'ingénierie de l'université Macquarie. .
Les nanoparticules s'assemblent en un réseau maintenu ensemble par de faibles liaisons naturelles qui peuvent laisser tellement d'espaces entre les nanoparticules qu'elles ne parviennent pas à transmettre les signaux électriques, de sorte que le capteur ne fonctionnera pas.
L'équipe du professeur agrégé Nasiri a découvert cette découverte en travaillant à l'amélioration des capteurs de lumière ultraviolette, la technologie clé derrière Sunwatch, qui a permis à Nasiri de devenir finaliste du prix Eureka 2023.
Les nanocapteurs ont un énorme rapport surface/volume composé de couches de nanoparticules, ce qui les rend très sensibles à la substance qu'ils sont conçus pour détecter. Mais la plupart des nanocapteurs ne fonctionnent pas efficacement tant qu'ils n'ont pas été chauffés au cours d'un processus long et énergivore de 12 heures utilisant des températures élevées pour fusionner des couches de nanoparticules, créant ainsi des canaux qui permettent aux électrons de traverser les couches afin que le capteur fonctionne.
"Le four détruit la plupart des capteurs à base de polymères, et les nanocapteurs contenant de minuscules électrodes, comme celles d'un dispositif nanoélectronique, peuvent fondre. De nombreux matériaux ne peuvent actuellement pas être utilisés pour fabriquer des capteurs car ils ne résistent pas à la chaleur", explique le professeur agrégé Nasiri. .
Cependant, la nouvelle technique découverte par l'équipe Macquarie contourne ce processus gourmand en chaleur, permettant de fabriquer des nanocapteurs à partir d'une gamme beaucoup plus large de matériaux.
"Ajouter une gouttelette d'éthanol sur la couche de détection, sans la mettre dans le four, aidera les atomes à la surface des nanoparticules à se déplacer et les espaces entre les nanoparticules disparaîtront à mesure que les particules se joindront les unes aux autres", professeur agrégé Nasiri. dit.
"Nous avons montré que l'éthanol améliorait considérablement l'efficacité et la réactivité de nos capteurs, au-delà de ce que vous obtiendriez après les avoir chauffés pendant 12 heures."
La nouvelle méthode a été découverte après que l'auteur principal de l'étude, Jayden (Xiaohu) Chen, étudiant de troisième cycle, ait accidentellement projeté de l'éthanol sur un capteur lors du lavage d'un creuset, lors d'un incident qui détruirait généralement ces appareils sensibles.
"Je pensais que le capteur était détruit, mais j'ai réalisé plus tard que l'échantillon surpassait tous les autres échantillons que nous ayons jamais réalisés", explique Chen.
Le professeur agrégé Nasiri dit que l'accident leur a peut-être donné l'idée, mais l'efficacité de la méthode dépendait d'un travail minutieux pour identifier le volume exact d'éthanol utilisé.
"Lorsque Jayden a trouvé ce résultat, nous avons essayé très soigneusement différentes quantités d'éthanol. Il a testé encore et encore pour trouver ce qui fonctionnait", dit-elle.
"C'était comme Boucle d'or :trois microlitres, c'était trop peu et ne faisaient rien d'efficace, 10 microlitres, c'était trop et effaçaient la couche de détection, cinq microlitres, c'était juste !"
L'équipe a des brevets en attente pour cette découverte, qui a le potentiel de faire sensation dans le monde des nanocapteurs.
"Nous avons développé une recette pour faire fonctionner les nanocapteurs et nous l'avons testée avec des capteurs de lumière UV, ainsi qu'avec des nanocapteurs qui détectent le dioxyde de carbone, le méthane, l'hydrogène et plus encore. L'effet est le même", explique le professeur associé Nasiri.
"Après une gouttelette d'éthanol correctement mesurée, le capteur est activé en une minute environ. Cela transforme un processus lent et très gourmand en énergie en quelque chose de bien plus efficace."
Plus d'informations : Xiaohu Chen et al, Microclusters auto-assemblés à commande capillaire pour photodétecteurs UV hautement performants, Matériaux fonctionnels avancés (2023). DOI :10.1002/adfm.202302808
Informations sur le journal : Matériaux fonctionnels avancés
Fourni par l'Université Macquarie
