ÚC – Các nhà nghiên cứu tại Đại học Macquarie (Macquarie University) đã phát triển một phương pháp mới để sản xuất cảm biến tia cực tím (UV – ultraviolet), có thể tạo ra các thiết bị đeo trên cơ thể một cách hiệu quả và linh hoạt hơn.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Small vào tháng 7/2024 cho thấy hơi axit axetic – là hơi giấm – có thể cải thiện nhanh chóng hiệu suất của các cảm biến dựa trên hạt nano oxit kẽm mà không cần sử dụng nhiệt độ cao để xử lý.
Giáo sư Shujuan Huang là đồng tác giả của bài báo, đến từ khoa Kỹ thuật đại học Macquarie, cho biết: “Chúng tôi phát hiện ra rằng khi tiếp xúc cảm biến với hơi giấm trong thời gian ngắn, các hạt kẽm oxit liền kề trên bề mặt cảm biến sẽ kết hợp lại với nhau, tạo thành một cầu nối có thể dẫn năng lượng”.
Việc kết hợp các hạt nano oxit kẽm với nhau là một phần quan trọng trong quá trình chế tạo các cảm biến nhỏ vì nó tạo ra các kênh để electron đi qua.
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng phương pháp hơi có thể giúp các máy dò tia UV phản ứng nhanh hơn 128.000 lần so với các máy chưa qua xử lý và các cảm biến vẫn có thể phát hiện chính xác tia UV mà không bị nhiễu, khiến chúng có độ nhạy và độ tin cậy cao.
Phó Giáo sư Noushin Nasiri, đồng tác giả của bài báo và là Trưởng phòng thí nghiệm Công nghệ nano tại đại học Macquarie, nói rằng: “Thông thường, các cảm biến này được xử lý trong lò, nung ở nhiệt độ cao trong khoảng 12 giờ trước khi chúng có thể hoạt động hoặc truyền bất kỳ tín hiệu nào”.
Nhưng thay vào đó, nhóm nghiên cứu đã tìm ra một phương pháp hóa học đơn giản để sao chép tác động của quá trình nhiệt.
Phó Giáo sư Noushin cho biết: “Chúng tôi đã tìm ra cách xử lý các cảm biến này ở nhiệt độ phòng bằng một thành phần với chi phí thấp – giấm. Bạn chỉ cần để cảm biến tiếp xúc với hơi giấm trong năm phút, và thế là đã có một cảm biến hoạt động”.
Để tạo ra các cảm biến, các nhà nghiên cứu đã phun dung dịch kẽm vào ngọn lửa, tạo ra một lớp sương mù mịn gồm các hạt nano oxit kẽm bám vào các điện cực bạch kim.
Điều này tạo thành một lớp màng mỏng giống như bọt biển, sau đó tiếp xúc với hơi giấm trong vòng 5 đến 20 phút.
Hơi giấm đã thay đổi cách sắp xếp các hạt trong phim, giúp các hạt kết nối với nhau, do đó các electron có thể đi qua cảm biến. Đồng thời, các hạt vẫn đủ nhỏ để phát hiện ánh sáng hiệu quả.
Phó Giáo sư Noushin nói rằng: “Những cảm biến này được tạo thành từ rất nhiều, rất nhiều hạt nhỏ cần được kết nối để cảm biến hoạt động. Cho đến khi chúng ta xử lý chúng, các hạt chỉ nằm cạnh nhau, gần như thể chúng có một bức tường bao quanh, vì vậy khi ánh sáng tạo ra tín hiệu điện trong một hạt, nó không thể dễ dàng truyền đến hạt tiếp theo. Đó là lý do tại sao một cảm biến chưa được xử lý không cung cấp cho chúng ta tín hiệu tốt”.
Các nhà nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm chuyên sâu nhiều công thức khác nhau trước khi tìm ra sự cân bằng hoàn hảo trong quy trình của họ.
Giáo sư Shujuan Huang cho biết: “Nước thôi thì không đủ mạnh để kết hợp các hạt lại với nhau. Nhưng giấm nguyên chất thì quá mạnh và phá hủy toàn bộ cấu trúc. Chúng tôi phải tìm ra hỗn hợp phù hợp”.
Nghiên cứu cho thấy kết quả tốt nhất đến từ các cảm biến tiếp xúc với hơi trong khoảng 15 phút. Thời gian tiếp xúc dài hơn gây ra quá nhiều thay đổi về cấu trúc và hiệu suất kém hơn.
Giáo sư Shujuan nói rằng: “Cấu trúc độc đáo của các màng nano có độ xốp cao cho phép oxy thấm sâu, do đó toàn bộ màng là một phần của cơ chế cảm biến”.
Kỹ thuật hơi nước ở nhiệt độ phòng có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp nhiệt độ cao hiện tại. Nó cho phép sử dụng vật liệu nhạy nhiệt và đế mềm dẻo, chi phí thấp hơn và tốt hơn cho môi trường.
Phó Giáo sư Noushin Nasiri cho biết quy trình này có thể dễ dàng được mở rộng về mặt thương mại: “Các vật liệu cảm biến có thể được trải ra trên một tấm lăn, đi qua môi trường kín có hơi giấm và sẵn sàng sử dụng trong vòng chưa đầy 20 phút”.
Quá trình này sẽ mang lại lợi thế thực sự trong việc tạo ra các cảm biến tia UV đeo trên cơ thể được, linh hoạt và tiêu thụ rất ít điện năng.
Phó Giáo sư Noushin cho biết phương pháp này dành cho cảm biến tia UV cũng có thể được sử dụng cho các loại cảm biến khác, bằng cách sử dụng phương pháp xử lý hơi hóa học đơn giản thay vì xử lý cảm biến ở nhiệt độ cao trên nhiều loại vật liệu chức năng, cấu trúc nano và bazơ hoặc chất nền.
Để xem các tin bài khác về “Cảm biến”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Electronics Online
