醋蒸汽法可使紫外线传感器的响应速度提高 128,000 倍

麦考瑞大学的研究人员开发出了一种生产紫外线(UV)光传感器的新方法，这可能会带来更高效、更灵活的可穿戴设备。

该项研究于 7 月份发表在《Small》杂志上，展示了乙酸蒸气(本质上是醋烟)如何能够在不使用高温处理的情况下快速改善基于氧化锌纳米颗粒的传感器的性能。

麦考瑞大学工程学院的共同作者黄淑娟教授表示：“我们发现，将传感器短暂地暴露在醋蒸气中，传感器表面相邻的氧化锌颗粒就会融合在一起，形成一座可以传导能量的桥梁。”

将氧化锌纳米粒子连接在一起是构建微型传感器的关键部分，因为它为电子流过创建了通道。

研究小组发现，他们的蒸汽方法可以使紫外线探测器的响应速度比未经处理的探测器高出 128,000 倍，并且传感器仍然可以准确检测紫外线而不会受到干扰，从而使其具有高度的灵敏度和可靠性。

论文共同作者、麦考瑞大学纳米技术实验室负责人、副教授努辛·纳西里 (Noushin Nasiri) 表示：“通常，这些传感器需要在烤箱中高温加热 12 小时左右，然后才能运行或传输任何信号。”

但相反，研究小组找到了一种简单的化学方法来复制加热过程的效果。

“我们找到了一种在室温下处理这些传感器的方法，使用一种非常便宜的成分——醋。你只需将传感器暴露在醋蒸汽中五分钟，就这样——你就有了一个可以工作的传感器，”她说。

为了制造传感器，研究人员将锌溶液喷洒到火焰中，产生了一层细小的氧化锌纳米颗粒雾，这些雾沉积在铂电极上。

这形成了一层薄薄的海绵状薄膜，然后将其暴露在醋蒸气中 5 至 20 分钟。

醋蒸汽改变了薄膜中微小颗粒的排列方式，帮助颗粒相互连接，这样电子就可以流过传感器。同时，颗粒保持足够小，可以有效检测光。

“这些传感器由许多微小颗粒组成，需要将它们连接起来才能使传感器工作，”纳西里副教授说。

“在我们处理它们之前，这些粒子只是彼此相邻，就好像它们周围有一堵墙一样，所以当光在一个粒子中产生电信号时，它不能轻易传播到下一个粒子。这就是为什么未经处理的传感器不能给我们提供良好的信号。”

研究人员对不同的配方进行了大量的测试，最终找到了完美的平衡。

“单靠水不足以使颗粒结合在一起。但纯醋的强度太强，会破坏整个结构，”黄教授说。“我们必须找到合适的混合物。”

研究表明，传感器暴露在蒸汽中约 15 分钟可获得最佳效果。较长的暴露时间会导致过多的结构变化和性能下降。

黄教授说：“这些高度多孔的纳米薄膜的独特结构使氧气能够深入渗透，因此整个薄膜是传感机制的一部分。”

新的室温蒸汽技术与目前的高温方法相比有很多优势。它允许使用热敏材料和柔性基底，而且更便宜，对环境更有利。

纳西里副教授表示，该工艺可以轻松实现商业化扩大。

“传感器材料可以放在滚动板上，穿过充满醋蒸气的封闭环境，不到 20 分钟即可使用。”

该工艺在制造可穿戴紫外线传感器方面具有真正的优势，因为可穿戴紫外线传感器需要具有灵活性并且耗电量极小。

纳西里副教授表示，这种用于紫外线传感器的方法也可以用于其他类型的传感器，使用简单的化学气相处理代替高温传感器处理，适用于各种功能材料、纳米结构和基底或基材。

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