Du känner honom från den vita fläcken på näsan eller på baksidan. Men när vit salva för att skydda din hud från solen, kanske kommer att börja producera el på taket på ditt hus eller bil. Många människor vet att zinkoxid är en viktig ingrediens i solkräm och pulver till blöja. Men det fungerar också som en halvledare som kan användas i nya typer av solceller, optisk gas sensorer och ultraviolett laser, samt i produktion av vätgas som kan ersätta oljan som bränsle för bilar och lastbilar.
“Den största fördelen av ZnO över andra halvledarmaterial är att det finns en hel del, det är billigt och det kan användas för att skapa mycket hög-kvalitet-enheter snabbt och billigt, säger Amir Hassanpour, en fysiker från Concordia University i Montreal. “Det kan leda till billiga enheter med bra prestanda och som inte förlitar sig på sällsynta, ständigt saknas material”.
Tillsammans med andra Hassanpur utvecklat en ny metod för behandling av zinkoxid för användning i halvledare. Deras genombrott metod kan användas för framställning av mer effektiva solceller och bränsleceller, bland andra. Studien publicerades i tidskriften Material och Design.
På mikroskopisk nivå, zinkoxid är en skog av små “träd” — nanorods — en-dimensionella strukturer, som ger ett sätt att transportera el. För att fungera väl i enheter, såsom gas-sensorer, ZnO nanorods bör vara på ett visst sätt. Så positionering dem alltid var dyr och svår process.
“Zinkoxid kan lätt odlas som en skog av slumpmässigt ordnade nanorods, diameter av varje som är 100-1 000 gånger mindre än ett mänskligt hårstrå. Men det är mycket svårt att säga nanorods, som de växa,” säger forskarna.
Forskare har bestruket den släta ytan av zinkoxid och värms upp till 400 grader Celsius. Då de som omfattas av första lagret med polymer och använde en elektronstråle för att slå hål i den. Lägg sedan zinkoxid och mönstrade mask i en flaska av zink salter och andra ämnen som löses upp i rent vatten. Sedan värms upp lösningen. Zink och vatten reagerade på det enda i hålen, så nanorods bildades endast i dessa hål. Efter avlägsnande av polymer kvar skogen nanorods.
Växande nanorods av ett visst mönster, kan forskarna skapa fotoniska kristaller — en särskild struktur för att fånga ljuset. Fotoniska kristaller kan användas för att skapa en mer effektiv UV-laser, eller optisk gas sensorer som kan ändra färg i närvaro av en specifik gas.
En sådan sensor kan, för att till exempel upptäcka farliga mängder kolmonoxid. Eller det kan användas för detektion av spårgaser, som inte bör vara, till exempel eten i frukt lagring, eftersom förekomsten av eten kan orsaka skada på frukt, säger Hassanpour.
Nanorods av zinkoxid kommer att vara en värdefull tillgång för gas sensorer, eftersom de kan ändras på ett förutsägbart sätt när de utsätts för olika gaser. Även om sådana sensorer kan skapas från nanorods är inte ordnade i ett visst mönster, att skapa mer känsliga enheter kräver noggrann kontroll av placering av nanorods.
Nanorods av zinkoxid kan användas för att skapa mer effektiva solceller och billig vätgas och bränsleceller. Eftersom zinkoxid absorberar energi från solljus, placering av nanorods i vatten leder till att absorberas solens energi bryter bindningarna mellan atomer syre och väte i vatten molekyler med bildning av vätgas.
Detta väte kan samlas in och används sedan som bränsle, idealiskt för att ersätta bensin eller andra fossila bränslen. Att hålla väte, ingenjörer kan lätt passera det som bränsle konsumenten, t ex vätgas bil.
Vanlig solskyddskräm kommer att bidra till att skapa solpaneler
Ilya Hel