Les capteurs de nanoparticules sont plus petits qu’un ongle humain. Crédit : Université Macquarie
Les ingénieurs de l’Université Macquarie ont mis au point une nouvelle méthode de production de nanocapteurs qui consomme beaucoup moins de carbone, réduit les coûts et améliore l’efficacité et la polyvalence, améliorant considérablement un processus clé dans ce secteur mondial de plusieurs billions 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 ont récemment été publiées dans la revue Matériaux fonctionnels avancés.
« 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 lorsqu’ils sont fabriqués pour la première fois », explique l’auteur correspondant, le professeur agrégé Noushin Nasiri, responsable du laboratoire de nanotechnologie à l’école d’ingénierie de l’Université Macquarie. .
Les nanoparticules s’assemblent en un réseau maintenu par de faibles liaisons naturelles qui peuvent laisser tant d’espaces entre les nanoparticules qu’elles ne transmettent pas de signaux électriques, de sorte que le capteur ne fonctionne pas.
L’équipe du professeur agrégé Nasiri a découvert la découverte tout en travaillant à l’amélioration des capteurs de lumière ultraviolette, la technologie clé derrière Sunwatch, qui a vu Nasiri 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 ne sont pas chauffés au cours d’un processus long et énergivore de 12 heures utilisant des températures élevées pour fusionner des couches de nanoparticules, créant des canaux qui permettent aux électrons de traverser les couches pour que le capteur fonctionne.
Les scientifiques de l’Université Macquarie Jayden Chen et le professeur agrégé Noushin Nasiri testent des gouttelettes d’éthanol sur des nanocapteurs. Crédit : A/Prof Noushin Nasiri, Université Macquarie
« 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 peuvent pas résister à la chaleur », explique le professeur agrégé Nasiri.
Cependant, la nouvelle technique découverte par l’équipe Macquarie contourne ce processus à forte intensité de chaleur, permettant aux nanocapteurs d’être fabriqués à partir d’une gamme beaucoup plus large de matériaux.
« Ajouter une goutte 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 disparaissent à mesure que les particules se rejoignent », a déclaré le 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, l’étudiant de troisième cycle Jayden (Xiaohu) Chen, a accidentellement éclaboussé 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 était plus performant que tous les autres échantillons que nous ayons jamais fabriqués », 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 sommes revenus très soigneusement en essayant différentes quantités d’éthanol. Il testait encore et encore pour trouver ce qui fonctionnait », dit-elle.
« C’était comme Goldilocks – trois microlitres c’était trop peu et n’ont rien fait d’efficace, 10 microlitres c’était trop et ont effacé la couche de détection, cinq microlitres c’était juste ce qu’il fallait! »
L’équipe a des brevets en instance pour la 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 agrégé Nasiri.
« Après une goutte d’éthanol correctement mesurée, le capteur est activé en une minute environ. Cela transforme un processus lent et très énergivore en quelque chose de beaucoup plus efficace.
La professeure agrégée Nasiri a déjà été approchée par des entreprises en Australie et à l’étranger qui souhaitent travailler avec elle pour mettre la technique en pratique.
