Rezultatele colaborării științifice UTM-AȘM-CAU, pe coperta „Nanotechnology”

Cercetătorii Departamentului Microelectronică și Inginerie Biomedicală din cadrul Facultății Calculatoare, Informatică și Microelectronică, Vasile POSTICA, doctorand, anul III,  câştigător al „Bursei Speranței” (2017) a BCR și al Bursei nominale „Sergiu Rădăuțan” (2018-2019) a Guvernului RM, sub îndrumarea prof. univ., dr. hab. Oleg LUPAN, directorul Centrului Nanotehnologii și Nanosenzori, UTM, în colaborare cu savanți de la AȘM, Universitatea din Kiel, Germania, Hamburg University of Technology, Germania și Institute of Solid State Physics, Friedrich-Schiller-Universität Jena, Germania, în premieră au proiectat, fabricat și cercetat un nanosenzor în baza unui microtub hibrid de Aerografit, inclusiv acoperit cu un strat subțire de CdTe. Rezultatele acestei lucrări științifice au fost publicate în una din cele mai prestigioase reviste științifice de specialitate – „Nanotechnology” din Anglia, cu factor de impact 3.4, DOI: 10.1088/1361-6528/aaf0e7. În urma unui concurs internațional, rezultatele lucrării, însoțite de numele autorilor, au fost selectate pentru coperta frontală a revistei „Nanotechnology”.

Autorii lucrării demonstrează importanța dezvoltării nanosenzorilor de gaze în baza micro- și nanostructurilor individuale, care au o serie de avantaje importante față de senzorii de gaze convenționali în bază de praf mixt hibrid din microparticole sau pelicule. Printre avantajele menționate se evidențiază: (i) puterea electrică de consum redusă până la valori de nW; (ii) posibilitatea de operare la temperatura camerei – elimină necesitatea utilizării microîncălzitoarelor; (iii) sensibilitatea ultraînaltă din cauza raportului suprafață-la-volum îmbunătățit – permite integrarea nanosenzorilor pe substraturi flexibile în dispozitive portabile pentru utilizarea în aplicații precum bioelectronica, electronica flexibilă, haine inteligente, monitorizarea din spațiu a mediului și „nasul electronic”.

Importanța elaborării constă în confirmarea experimentală a posibilității de hibridizare a celui mai ușor nanomaterial, Aerografit, inventat vreo dată de oameni, apoi integrarea unui nanotub individual în nanosenzori și utilizarea acestuia pentru detecția rapidă și ultra-senzitivă a vaporilor de amoniac.  Amoniacul este unul din produsele principale ale industriei chimice, îngrășămintelor chimice azotate dar și celor organice naturale, sistemele de refrigerare, industria automotivă ș.a. În prezent producția mondială de amoniac ajunge la cca 125 milioane tone, iar cea mai mare parte a cantității de amoniac produsă este folosită pentru îngrășămintele chimice pe bază de azot (aproximativ 88%). Astfel, atât pentru securitatea publică, cât și industrială apare o necesitate de monitorizare strictă din spațiu a nivelului de amoniac în aer cu scopul evitării expunerii persoanelor la doze letale, dar și pentru ecologie pentru a studia efectul acidificării mediului ambiant.

Rezultatele cercetătorilor UTM obținute în colaborare cu savanți din Germania, echipele profesorilor Adelung și Kienle, și de la Academia de Științe a Moldovei reprezintă un pas important în domeniul nanomaterialelor hibride, nanosenzorilor și nanotehnologiilor pe plan internațional.

Lucrarea face parte dintr-un amplu studiu al acestor materiale hibride în bază de Aerografit în calitate de senzori de gaze. Aerografitul este un aerogel pe bază de carbon, fiind unul din cele mai ușoare materiale (0.2 mg/cc), compus din 99.99% de aer și din nano- și microtuburi de carbon interconectate. Din punct de vedere istoric, Aerografitul a fost sintetizat pentru prima dată de către echipele de cercetători de la Universitatea din Hamburg și Universitatea din Kiel în frunte cu prof. univ., dr. hab. Rainer Adelung (doi: 10.1002/adma.201200491). Cercetarea materialelor date în calitate de senzori de gaze, în colaborare cu Centrul Nanotehnologii și Nanosenzori din cadrul Universității Tehnice a Moldovei, unicul care poate fabrica asemenea nanodispozitive, au demonstrat rezultate promițătoare pentru monitorizarea în timp real a gazelor din mediu atât pentru siguranța personală, cât și pentru siguranța public, dar și pentru ecologie. Datorită greutății extrem de mici a materialului dat se pot fabrica senzori ultraușori pentru crearea platformelor portabile de monitorizare a atmosferei la înălțimi mici sau chiar extrem de mari.

Aceste cercetări, raportate și apreciate la nivel internațional, au fost susținute parțial de Proiectul instituțional inst-15.817.02.29A finanțat de Guvernul Republicii Moldova și UTM.

Referințe online:

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6528/aaf0e7

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201200491

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369800119305347

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2016/ta/c6ta05347e

https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4989841