Написано AZoNano 13 августа 2019

Нанопроволоки отвечают требованиям рынка для новых, меньших по размеру, гибких электронных устройств, запитывая электронные схемы на молекулярном уровне; однако расположение нанопроволок в функциональных материалах все еще остается проблемой.

Команда ученых из Каунасского технологического университета (KTU), Литва, предлагает инновационное решение для производства нанопроволок с высоким выходом из оксида цинка – менее дорогой и более экологичный материал, чем редкоземельные элементы, такие как мышьяк и индий или галлий, обычно используемый в производстве электроники.

Исследователи утверждают, что производство нанопроволоки в основном ограничено поверхностью роста, что затрудняет их широкое применение. Кроме того, для некоторых применений необходимы свойства, которые противоречат друг другу и поэтому не могут быть эффективно достигнуты в одном материале.

Решает эти проблемы инновационная технология производства нанопроволок из оксида цинка, разработанная исследовательской группой из Института материаловедения КТУ. Следовательно, более широкое применение нанопроволоки в новых электронных устройствах, которые являются еще меньшими, гибкими и включают различные поверхностные материалы, оказывается достижимым.

Новый метод был создан, когда я исследовал простые способы выращивания металлооксидных наноструктур. Метод, который мы теперь называем синтезом горения, позволяет получать высокие уровни контролируемой наноструктуры. Нанопроволоки выращивают в газовой фазе, конечный продукт собирают в виде порошка и затем диспергируют в различных растворах. Простые методы нанесения покрытий, такие как распыление, позволяют наносить нанопроволоки из оксида цинка на различные поверхности.

Доктор Симас Рачкаускас, научный сотрудник Института материаловедения Каунасского технического университета

Благодаря своим полупроводниковым свойствам, нанопроволоки из оксида цинка очень перспективны для применения в оптике или электронике. Кроме того, свойства поверхностей, покрытых оксидом цинка, позволяют использовать их в медицине.

В настоящее время ученые изучают два многообещающих применения нанопроволок из оксида цинка: многофункциональное антибликовое покрытие для солнечных элементов и многофункциональный газовый сенсорный массив, селективный и чувствительный к газам, стимулируемым светом.

« Солнечные элементы, используемые в настоящее время на рынке, отражают свет, поэтому свет, который можно превратить в энергию, частично теряется. Нанопроволочные покрытия для солнечных элементов улучшают эксплуатационные характеристики солнечных элементов, снижая их отражающие свойства, превращая ультрафиолетовые лучи в свет и обеспечивая самоочищающиеся свойства солнечных элементов », – объясняет доктор Рачкаускас.

Ранние исследования показывают, что эффективность солнечных элементов повышается на 6% при использовании нанопроволочного покрытия из оксида цинка. Покрытие является водоотталкивающим и разлагает органические загрязнители, тем самым реализуя эффект самоочищения солнечного элемента.

В настоящее время в лабораторных условиях группа исследователей КТУ может производить около 100 г наночастиц оксида цинка в час по цене около 8 евро. Эта сумма будет достаточной для покрытия 2,5 м ² солнечных элементов.

Кроме того, ученые KTU изучают свойства эксклюзивного ультрафиолетового датчика, который можно распылять на любую поверхность. При изготовлении датчика используются два материала: наночастицы оксида цинка и проводник (проволока), например, графит или металлическая краска.

Можно нарисовать полную электронную схему, включая провод и датчик, на любой поверхности, например, на бумаге, ткани или пластике. По словам доктора Рачкаускаса, датчик света можно использовать как любой другой переключатель, который срабатывает от света, например, простой луч лазерного указателя.

Возможности применения такого ультрафиолетового датчика практически неисчерпаемы, однако нам нужно ждать рыночного спроса и дальнейшего развития гибкой электроники. Наш продукт может быть интересен функциональным дизайном, поскольку он позволяет интегрировать электронику в предметы одежды, стены, предметы интерьера. Кроме того, наш УФ-переключатель можно разместить в труднодоступных местах.

Доктор Симас Рачкаускас, научный сотрудник Института материаловедения Каунасского технического университета

Подчеркнув низкую стоимость и экологичность цинка в производстве электроники, он сказал: « В большинстве электронных производств используются редкоземельные элементы, такие как индий, мышьяк и галлий, которые трудно извлечь, процесс дорогой и вреден для окружающей среды. С другой стороны, цинк очень популярен, дешев и даже полезен для человеческого организма ».

По словам ученого из KTU, использование оксида цинка в качестве альтернативы редкоземельным элементам в электронике проложило бы путь к экономичным и экологичным решениям.

Это исследование финансируется Европейским фондом регионального развития в соответствии с Оперативной программой инвестиций фондов Европейского союза на 2014–2020 годы в рамках мероприятий № 01.2.2-LMT-K-718 «Привлечение иностранных исследователей». для проведения исследований, проект № 01.2.2-LMT-K-718-02-0011.

Источник: https://en.ktu.edu/