Deși nanofirele corespund cerințelor pieței pentru dispozitivele electronice inovatoare, fiind mai mici și mai flexibile, prin activarea circuitelor electronice la scară moleculară, asamblarea nanofirelor în materiale funcționale rămâne o problemă. Un grup de cercetători de la Universitatea Tehnologică Kaunas (KTU) din Lituania oferă o soluție inedită pentru producția de nanofire din oxid de zinc cu randament ridicat – material mai ieftin și ecologic, în comparație cu elementele rare precum indiul, arsenul sau galiul, folosite adesea în producția dispozitivelor electronice.
Potrivit oamenilor de știință, sinteza nanofirelor este în mare parte limitată de suprafața de creștere, împiedicând aplicarea lor la scară largă. De asemenea, multe aplicații necesită proprietăți, care sunt contradictorii și, prin urmare, nu pot fi realizate eficient dintr-un singur material. Noua metodă pentru producția nanofirelor de oxid de zinc, creată de grupul de oameni de știință de la KTU Institute of Materials Science, abordează aceste probleme. Astfel, este posibilă aplicarea extinsă a nanofirelor în dispozitivele electronice inovatoare, care sunt din ce în ce mai mici, flexibile și care implică materiale de suprafață diferite.
„Noua metodă a fost creată în timpul cercetării modalităților simple de creștere a nanostructurilor de oxizi metalici. Metoda, pe care o numim acum sinteză de combustie, permite producerea unor niveluri ridicate de nanostructuri controlate. Nanofirele sunt realizate în fază gazoasă, produsul final fiind colectat sub formă de pulbere și apoi dispersat în diverse soluții. Metodele simple de acoperire, cum ar fi pulverizarea, permit plasarea nanofirelor de oxid de zinc pe diverse suprafețe”, spune dr. Simas Račkauskas, un cercetător la KTU Institute of Materials Science.
Datorită proprietăților lor semiconductoare, nanofirele de oxid de zinc au un potențial mare de aplicare în electronică sau optică. De asemenea, proprietățile suprafețelor acoperite cu oxid de zinc au avantajul de a fi utilizate și în domeniul medicinei. În momentul de față, cercetătorii studiază două aplicații potențiale ale nanofirelor de oxid de zinc: o acoperire multifuncțională anti-reflectare a celulelor solare și o gamă de senzori de gaz multifuncționali, sensibili și selectivi, care permit activarea în prezența luminii.
„Elementele solare utilizate în prezent, pe piață, reflectă lumina, astfel încât aceasta, care ar putea fi transformată în energie, se pierde parțial. Acoperirea celulelor solare cu nanofire îmbunătățește performanțele acestora prin reducerea proprietăților reflectante, prin transformarea razelor UV în lumină și prin redarea proprietăților de auto-curățare a elementelor solare”, explică dr. Račkauskas.
Cercetările inițiale dezvăluie că prin utilizarea acoperirii cu nanofire de oxid de zinc, eficiența elementelor solare este îmbunătățită cu 6%. Învelișul este impermeabil și degradează poluanții organici, astfel realizându-se efectul de auto-curățare a celulei solare.
În acest moment, în condiții de laborator, echipa de cercetare KTU poate produce aproximativ 100 g nanoparticule de oxid de zinc pe oră, costând aproximativ 8 euro. Suma ar fi suficientă pentru acoperirea celor 2,5 m2 de elemente solare.
Cercetătorii KTU analizează, de asemenea, proprietățile unui senzor UV special, care poate fi pulverizat pe orice suprafață. La dezvoltarea senzorului sunt utilizate două materiale: nanoparticule de oxid de zinc și un conductor (fir), cum ar fi grafitul sau vopseaua metalică. Potrivit Dr. Račkauskas, un senzor de lumină poate fi utilizat ca orice alt întrerupător, fiind activat doar de lumină, precum un fascicul simplu laser.
„Posibilitățile de aplicare a unui astfel de senzor UV sunt practic inepuizabile, cu toate acestea, trebuie să așteptăm cererea pieței și dezvoltarea electronicelor flexibile în continuare. Produsul nostru ar putea fi interesant datorită design-ului funcțional, permițând integrarea dispozitivelor electronice în articole vestimentare, pereți, obiecte de design interior. De asemenea, comutatorul nostru UV poate fi amplasat în locații greu accesibile”, explică dr. Račkauskas.
El subliniază costul redus și lipsa efectelor nocive ale zincul în producția de electronice:
„Majoritatea producției de electronice folosește elemente rare, precum indiu, arsenic și galiu, care sunt greu de extras, procesul fiind scump și dăunător pentru mediu. Pe de altă parte, zincul este foarte popular, ieftin și chiar benefic pentru organismul uman”.
Potrivit cercetătorului KTU, dacă elementele rare din electronice ar fi înlocuite cu oxidul de zinc, acest lucru ar avea ca rezultat soluții mai puțin costisitoare și ecologice.
