Du kender ham fra hvid plet på næsen eller på ryggen. Men når hvid salve for at beskytte din hud mod solen, kan begynde at producere elektricitet på taget af dit hus eller bil. Mange mennesker ved, at zink oxid er en vigtig ingrediens i solcreme, og pulver til ble. Men det fungerer også som en halvleder, der kan bruges i nye typer af solceller, optisk gas-sensorer og ultraviolet lasere, samt i fremstilling af gasformige brint, der kunne erstatte olie som brændsel til biler og lastbiler.
“Den største fordel af ZnO over andre halvleder-materialer er, at det en masse, det er billigt, og det kan bruges til at skabe meget høj kvalitet udstyr, hurtigt og billigt,” siger Amir Hassanpour, en fysiker fra Concordia University i Montreal. “Det kunne føre til billige enheder med god ydelse, der ikke er afhængige af sjældne, konstant mangler materialer”.
Sammen med kolleger Hassanpur udviklet en ny metode til behandling af zinkoxid til brug i halvledere. Deres gennembrud tilgang kan anvendes til fremstilling af mere effektive solceller og brint-og brændselsceller, blandt andre. Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Materialer og Design.
På det mikroskopiske niveau, zink oxid er en skov af små “træer” — nanorods — en-dimensionelle strukturer, som giver en måde at transportere elektricitet. At arbejde godt i enheder, såsom gas-sensorer, ZnO nanorods skal være på en bestemt måde. Så positionering dem altid var dyre og vanskelig proces.
“Zinkoxid kan let dyrkes som en skov af tilfældigt arrangeret nanorods, diameter af hver der er 100-1000 gange mindre end et menneskehår. Men det er meget svært at fortælle nanorods, som de vokser,” siger forskere.
Forskere har overtrukket den glatte overflade af zink oxid og opvarmet til 400 grader Celsius. Så er de dækket det første lag med polymer, og der anvendes en elektronstråle til at slå huller i det. Derefter sætte zink oxid og mønstrede maske i en flaske af zink salte og andre kemikalier, der opløses i rent vand. Derefter opvarmes den løsning. Zink og vand der er reageret på den eneste inde i hullerne, så de nanorods blev dannet kun i disse huller. Efter fjernelse af polymeren, forblev skov af nanorods.
Voksende nanorods af et bestemt mønster, kan forskerne skabe fotoniske krystaller — en særlig struktur, fange lyset. Fotoniske krystaller kan bruges til at skabe en mere effektiv UV-lasere, eller optiske gas-sensorer, der kan skifte farve i tilstedeværelsen af en bestemt gas.
Sådan en sensor, der kan, for eksempel, at opdage farlige mængder af kulilte. Eller det kan bruges til registrering af spor-gasser, som ikke bør være, for eksempel, ethylen i frugt opbevaring, fordi tilstedeværelsen af ethylen kan forårsage skader på frugt, siger Hassanpour.
Nanorods af zinkoxid vil være et værdifuldt aktiv for gas-sensorer, da de kan ændre sig på en forudsigelig måde, når de udsættes for forskellige gasser. Selv om sådanne sensorer kan være skabt fra nanorods er ikke arrangeret i et specifikt mønster for at skabe mere følsomme enheder kræver omhyggelig kontrol af placering af nanorods.
Nanorods af zinkoxid kan bruges til at skabe mere effektive solceller og billige brændselsceller. Da zink oxid absorberer energi fra sollys, placering af nanorods i vand fører til, at der absorberes solens energi bryder bindingerne mellem de atomer, brint og ilt til vand molekyler med dannelse af gasformig brint.
Denne brint kan indsamles, og derefter anvendes som brændstof, ideelt til at erstatte benzin eller andre fossile brændstoffer. At holde brint, ingeniører kunne let give det som en brændstof-forbruger, fx brint bil.
Regelmæssig solcreme vil hjælpe med at skabe solpaneler
Ilya Hel