В веках со времени древних ремесленников, исследователи проделали длинный путь в понимании наночастиц. Производство нанокубов было особенно интересно из-за их возможного применения как биодатчики и газовые датчики. Наночастицы могут быть произведены, используя или физические или химические методы, хотя физические методы выгодны из-за отсутствия органических загрязнителей, обычно вводимых химическими методами.
Однако однородно измеренные нанокубы трудно произвести в достаточных количествах физическими методами. Исследователи от Наночастиц Единицей Дизайна в Институте Окинавы Науки и техники (OIST) Университет Выпускника недавно обнаружили, что новый подход преодолевает эту проблему. Их исследование было недавно издано в Продвинутых Функциональных Материалах.«Форма куба не самая низкая энергетическая структура для железных наночастиц», объясняет доктор Джером Вернирес, первый автор публикации, «таким образом, мы не могли полагаться на соображения термодинамики равновесия, чтобы самособрать эти нанокубы».
Вместо этого ученые OIST, под руководством профессором Махльзом Соуваном, эксплуатировали возможности, предлагаемые техникой, названной бормочущим магнетрон уплотнением инертного газа, чтобы создать их железные нанокубы. С этим методом газ аргона сначала подогрет и превращен ионизированная плазма. Затем магнит, соответственно расположенный позади цели, сделанной из желаемого материала, в этом случае, железа, управляет формой плазмы и гарантирует, чтобы ионы аргона бомбардировали цель; отсюда имя «магнетрон».
В результате атомы железа бормочутся далеко от цели, сталкиваются с атомами аргона и друг с другом и наночастицами формы. Точный контроль плазмы через управление магнитным полем может произвести однородные нанокубы. «Однородность – ключ в ощущении заявлений. Нам был нужен способ управлять размером, формой и количеством нанокубов во время их производства», объяснил доктор Штефан Штайнхаюр.Чтобы управлять размером и формой этих кубов, исследователи сделали простое, но значительное наблюдение: железо магнитное самостоятельно!
Другими словами, исследователи обнаружили, что они могли эксплуатировать внутренний магнетизм самой цели как инновационный способ изменить магнитное поле магнетрона. Таким образом, им удалось управлять плазмой, где частицы выращены, и таким образом управлять размерами нанокуба во время формирования. «Это – первый раз, когда железные нанокубы униформы были сделаны, используя физический метод, который может быть измерен для массового производства», разъясняет Vernieres. Чтобы лучше понять механику этого процесса, команда OIST сотрудничала с исследователями из Хельсинкского университета, чтобы сделать теоретические вычисления. «Работа положилась в большой степени и на экспериментальные методы и на теоретические вычисления. Моделирования были важны для нас, чтобы объяснить явления, которые мы наблюдали», освещает доктор Панайотис Грэммэтикопулос.
Как только исследователи изобрели способ произвести эти однородные железные кубы, следующий шаг должен был построить электронное устройство, которое может использовать эти нанокубы для ощущения заявлений. «Мы заметили, что эти кубы были чрезвычайно чувствительны к уровням газообразного NO2. Ощущение NO2 используется во множестве различных целей из диагноза больных астмой к обнаружению загрязнения окружающей среды, таким образом, мы немедленно видели заявление на нашу работу», заявляет Стейнхоер. Исследователи от Наночастиц Единицей Дизайна, в сотрудничестве с исследователями от Universite de Toulouse, затем построили прототип датчик NO2, который измерил изменение в электрическом сопротивлении железных нанокубов из-за воздействия газа NO2.
Поскольку воздействие даже очень крошечной суммы NO2 может вызвать измеримое изменение в электрическом сопротивлении, которое значительно больше, чем для других атмосферных загрязнителей, железа, основанный на нанокубе датчик и чрезвычайно чувствителен и конкретен. «У этих нанокубов есть много потенциального использования. То, что мы можем произвести относительно большое количество однородных нанокубов, используя все более и более общий метод синтеза, делает это исследование очень многообещающим для промышленного применения», подчеркнул Вернирес.