NANOSENZORI DUAL-MODE – O NOUĂ INVENȚIE ȘTIINȚIFICĂ MARCA UTM, APRECIATĂ DE CELEBRA REVISTĂ ACS APPLIED MATERIALS AND INTERFACES

Cercetătorii Departamentului Microelectronică și Inginerie Biomedicală, Facultatea Calculatoare, Informatică și Microelectronică, UTM publică o nouă invenție științifică de excepție – „Nanosenzori bazați pe un singur nanofir ZnO:Eu pentru detectarea gazului de hidrogen”, realizată în cadrul Proiectului 20.80009.5007.09, director de proiect: prof. univ., dr. hab. Viorel BOSTAN, rector UTM. Prestigioasa revistă științifică de specialitate ACS Applied Materials and Interfaceshttps://pubs.acs.org/journal/aamick (Factor de Impact: 10.383), tipărită de celebra editură ACS Publications din SUA, reprezintă o revistă multidisciplinară și un nou forum internațional pentru știința și ingineria materialelor aplicate.

ACS Applied Materials and Interfaces deservește comunitatea interdisciplinară a chimiștilor, inginerilor, fizicienilor și biologilor, concentrându-se pe modul în care materialele și procesele de la interfață nou descoperite pot fi dezvoltate și utilizate pentru aplicații specifice. Editor-in-Chief, prof. Kirk S. Schanze și editorii sunt mândri de creșterea rapidă a revistei de la înființarea sa în 2009 atât în ceea ce privește numărul de articole publicate, cât și impactul cercetărilor raportate în acele articole. Este o prestigioasă revistă de talie internațională, majoritatea articolelor publicate venind acum din afara Statelor Unite, surprinzând creșterea rapidă a cercetării aplicate de pe tot globul. Domeniile de aplicare ale revistei sunt: Aplicații biologice și medicale ale materialelor și interfețelor; Aplicații pentru energie, mediu și cataliză; Materiale și dispozitive anorganice funcționale; Dispozitive electronice organice; Materiale funcționale nanostructurate; Aplicații ale materialelor polimerice, compozite și de acoperire; Suprafețe, interfețe și aplicații.  

Lucrarea „Nanosensors Based on a Single ZnO:Eu Nanowire for Hydrogen Gas Sensing”, (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c10975), semnată de profesorii UTM și realizată în colaborare cu echipe de cercetători de la Universitatea din Kiel, Germania, PSL Université, Paris, Franța, UPES din India, University of Central Florida din SUA, University of Leeds din Marea Britanie, Utrecht University din Olanda, descrie un nou tip de nanosenzor de gaz elaborat, anume dual – mode. Această lucrare științifică contribuie esential la rezolvarea unei probleme majore, a detectării de gaze explozive și a radiației UV simultan, în special pentru aplicarea în sistemele de baterii moderne pe bază de Li-S, dar și biomedicale.

Hidrogenul (H2) este un gaz extrem de util, cu un mare potențial pentru aplicații moderne, reprezentând o sursă de energie alternativă, curată, durabilă, promițătoare pentru sectoarele staționar și de transport. Cu toate acestea, hidrogenul gazos este, de asemenea, un produs obișnuit de descompunere a reacțiilor chimice, cum ar fi cele care apar în timpul funcționării bateriei electrice și, prin urmare, trebuie detectat, în principal, datorită reactivității și periculozității sale.

Detectarea rapidă a scurgerilor de hidrogen gazos sau a eliberării acestuia în diferite medii, în special în bateriile mari de vehicule electrice, reprezintă o provocare majoră pentru aplicațiile de detectare. În acest studiu, este raportată și discutată în detaliu caracterizarea morfologică, structurală, chimică, optică și electronică a rețelelor de nanofire ZnO:Eu. În special, influența diferitelor concentrații de Eu în timpul depunerii electrochimice a fost investigată împreună cu proprietățile și mecanismul de detectare. În mod surprinzător, folosind doar 10 μM ioni Eu în timpul depunerii, valoarea răspunsului gazului a crescut cu un factor de aproape 130 în comparație cu un nanofire ZnO nedopat și s-a găsit un răspuns la gaz H2 de ~ 7860 pentru un singur dispozitiv ZnO:Eu nanofire. În plus, senzorii nanofir sintetizați au fost testați cu lumină ultravioletă (UV) și o gamă de gaze de testare, arătând o receptivitate UV de ~12,8 și o selectivitate bună la 100 ppm H2 gaz. Este demonstrat că nanosenzorul cu mod dublu, dual-mode, detectează simultanradiația/gazul UV/H2 , poate fi folosit pentru detectarea selectivă a H2 în timpul iradierii UV și efectul asupra mecanismului de detectare absolut nou. Abordarea de detectare a nanofirelor demonstrează aici fezabilitatea utilizării unor astfel de dispozitive mici pentru a detecta scurgerile de hidrogen în medii dure, la scară mică, de exemplu pachete de baterii în diverse aplicații mobile. În plus, rezultatele obținute experimental sunt susținute de calcule teoretice bazate pe teoria densității funcționale, care evidențiază importanța nanoparticulelor de pământuri rare pe suprafața oxidului pentru îmbunătățirea sensibilității și selectivității senzorilor de gaz, chiar și la temperatura camerei, permițând astfel, de exemplu, o putere mai mică, consum și poziționare mai densă.

Profesorii UTM activează la Departamentul Microelectronică și Inginerie Biomedicală din cadrul Facultății Calculatoare, Informatică și Microelectronică (FCIM) și transferă cunoștințele și experiența acumulată în astfel de colaborări internaționale tinerilor de la FCIM, ciclurile 1, 2 și 3, licență, masterat și doctorat, respectiv.

Departamentul Microelectronică și Inginerie Biomedicală de la Facultatea Calculatoare, Informatică și Microelectronică se încadrează perfect în astfel de colaborări internaționale, deoarece asigură procesul educațional la trei programe de studii: Electronica Aplicată, Microelectronica și Nanotehnologii MN și la Inginerie Biomedicală IBM (ciclurile I și II) și la 5 specialități la ciclul 3 – doctorat. Tinerii curioși de a elabora sau cercetata astfel de nano-dispositive o pot face real la Centrul de Nanotehnologii și Nanosenzori, Departamentul MIB a UTM.

Referinţe online:

„Nanosensors Based on a Single ZnO:Eu Nanowire for Hydrogen Gas Sensing”

https://pubs.acs.org/journal/aamick

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c10975

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c10975

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c18679

https://utm.md/blog/2021/09/24/o-noua-premiera-stiintifica-marca-utm-senzori-pentru-monitorizarea-sigurantei-bateriilor/,

http://mib.utm.md/,

https://fcim.utm.md/departamentele-fcim/departamentul-mib/.

Echipele cu care au colaborat cercetătorii moldoveni de la UTM sunt:

Center for Nanotechnology and Nanosensors, Department of Microelectronics and Biomedical Engineering, Faculty of Computers, Informatics and Microelectronics, Technical University of Moldova, 168 Stefan cel Mare str., MD-2004, Chisinau, Republic of Moldova

2 Department of Physics, Applied Science Cluster, School of Engineering, University of Petroleum and Energy Studies (UPES), Energy Acres Building, Bidholi, Dehradun 248007, Uttrakhand, India

3 Chair for Synthesis and Real Structure, Faculty of Engineering, Department of Materials Science, Kiel University, Kaiserstr. 2, D-24143, Kiel, Germany

4 Chair for Multicomponent Materials, Faculty of Engineering, Department of Materials Science, Kiel University, Kaiserstr. 2, D-24143, Kiel, Germany

5 Functional Nanomaterials, Faculty of Engineering, Department of Materials Science, Kiel University, Kaiserstr. 2, D-24143, Kiel, Germany

6 PSL Université, Chimie ParisTech, CNRS, Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP), 11 rue P. et M. Curie, F, 75005 Paris, France

7 Department of Physics, University of Central Florida, Florida, Orlando, FL 32816-2385, USA

8 School of Chemistry, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, United Kingdom

9 Department of Earth Sciences, Utrecht University, Princetonlaan 8a, 3584 CB Utrecht, The Netherlands