Método de vapor de vinagre pode tornar sensores UV 128.000 vezes mais responsivos

Pesquisadores da Universidade Macquarie desenvolveram uma nova maneira de produzir sensores de luz ultravioleta (UV), o que pode levar a dispositivos vestíveis mais eficientes e flexíveis.

O estudo, publicado na revista Pequeno em julho, mostra como o vapor de ácido acético — essencialmente vapores de vinagre — pode melhorar rapidamente o desempenho de sensores baseados em nanopartículas de óxido de zinco sem usar altas temperaturas para processamento.

O coautor Professor Shujuan Huang, da Escola de Engenharia da Universidade Macquarie, diz: “Descobrimos que, ao expor brevemente o sensor ao vapor de vinagre, partículas adjacentes de óxido de zinco na superfície do sensor se fundiam, formando uma ponte que poderia conduzir energia.”

A união de nanopartículas de óxido de zinco é uma parte essencial da construção de pequenos sensores, pois cria canais para o fluxo de elétrons.

A equipe de pesquisa descobriu que seu método de vapor poderia tornar os detectores UV 128.000 vezes mais responsivos do que os não tratados, e os sensores ainda poderiam detectar com precisão a luz UV sem interferência, tornando-os altamente sensíveis e confiáveis.

O professor associado Noushin Nasiri, coautor do artigo e chefe do Laboratório de Nanotecnologia da Universidade Macquarie, diz: “Normalmente, esses sensores são processados ​​em um forno, aquecidos em alta temperatura por cerca de 12 horas, antes que possam operar ou transmitir qualquer sinal.”

Mas, em vez disso, a equipe encontrou uma maneira química simples de copiar os efeitos do processo de calor.

“Nós encontramos uma maneira de processar esses sensores em temperatura ambiente com um ingrediente muito barato — vinagre. Você apenas expõe o sensor ao vapor de vinagre por cinco minutos, e pronto — você tem um sensor funcionando”, ela diz.

Para criar os sensores, os pesquisadores pulverizaram uma solução de zinco em uma chama, produzindo uma névoa fina de nanopartículas de óxido de zinco que se depositaram em eletrodos de platina.

Isso formou uma fina película esponjosa, que eles então expuseram ao vapor de vinagre por cinco a 20 minutos.

O vapor de vinagre mudou a forma como as partículas minúsculas no filme foram organizadas, ajudando as partículas a se conectarem umas às outras, para que os elétrons pudessem fluir através do sensor. Ao mesmo tempo, as partículas permaneceram pequenas o suficiente para detectar a luz efetivamente.

“Esses sensores são feitos de muitas partículas minúsculas que precisam ser conectadas para que o sensor funcione”, diz o professor associado Nasiri.

“Até que as tratemos, as partículas apenas ficam próximas umas das outras, quase como se tivessem uma parede ao redor delas, então quando a luz cria um sinal elétrico em uma partícula, ela não pode viajar facilmente para a próxima partícula. É por isso que um sensor não tratado não nos dá um bom sinal.”

Os pesquisadores passaram por testes intensivos de diferentes formulações antes de encontrar o equilíbrio perfeito em seu processo.

“A água sozinha não é forte o suficiente para unir as partículas. Mas o vinagre puro é muito forte e destrói toda a estrutura”, diz o professor Huang. “Tivemos que encontrar a mistura certa.”

O estudo mostra que os melhores resultados vieram de sensores expostos ao vapor por cerca de 15 minutos. Tempos de exposição mais longos causaram muitas mudanças estruturais e pior desempenho.

“A estrutura única desses nanofilmes altamente porosos permite que o oxigênio penetre profundamente, de modo que todo o filme faz parte do mecanismo de detecção”, diz o professor Huang.

A nova técnica de vapor em temperatura ambiente tem muitas vantagens sobre os métodos atuais de alta temperatura. Ela permite o uso de materiais sensíveis ao calor e bases flexíveis, além de ser mais barata e melhor para o meio ambiente.

O professor associado Nasiri diz que o processo pode ser facilmente ampliado comercialmente.

“Os materiais do sensor podem ser dispostos em uma placa rolante, passando por um ambiente fechado com vapores de vinagre, e estar prontos para uso em menos de 20 minutos.”

O processo será uma vantagem real na criação de sensores UV vestíveis, que precisam ser flexíveis e usar muito pouca energia.

O professor associado Nasiri diz que esse método para sensores UV também pode ser usado para outros tipos de sensores, usando tratamentos simples de vapor químico em vez de processamento de sensor de alta temperatura em uma ampla gama de materiais funcionais, nanoestruturas e bases ou substratos.