Colaborarea pe plan internațional a cercetătorilor Universității Tehnice a Moldovei (UTM) cu ai lor colegi de la prestigioase universități din Germania, Țările de Jos, Marea Britanie, India a culminat cu publicarea unei lucrări științifice de rezonanță în prestigioasa revistă de specialitate ACS Applied Materials & Interfaces, ediția 2020.
A single CuO/Cu2O/Cu micro-wire covered by a nano-wire network as gas sensor for the detection of battery hazards este o lucrare de amploare, cu un volum de 80 de pagini manuscript. Prin rezultatele investigaţiilor ştiinţifice reflectate, autorii își propun să contribuie la dezvoltarea microsenzorilor cost-eficienți pentru transportul electric cu baterii portabile, în special pentru automobilele și bicicletele electrice moderne.
Acest succes remarcabil se datorează eforturilor comune depuse pe parcursul ultimilor cinci ani de către echipele de cercetători conduse de către prof. univ., dr. hab. Oleg LUPAN (Centrul de Nanotehnologii și Nanosenzori, Departamentul Microelectronică și Inginerie Biomedicală, Facultatea CIM, UTM), prof., dr. hab. Rainer ADELUNG (Institutul de Științe a Materialelor, Germania), prof., dr. hab. Franz FAUPEL (Christian Albrechts University of Kiel, Germania), prof., dr. hab. Lorenz KIENLE (Facultatea de Inginerie a Universității din Kiel, Germania), prof., dr. Nora H. de LEEUW (Utrecht University, Țările de Jos, și Cardiff University, Marea Britanie) și conf., dr. Abhishek Kumar MISHRA (University of Petroleum & Energy Studies, India).
Se știe, bateriile sunt tot mai pe larg utilizate în diverse echipamente ca surse portabile de energie, în special în transport, bicicletele, trotinete și automobile electrice moderne. Volumul și complexitatea acestora se mărește permanent, iar producătorii le îmbunătățesc continuu, în conformitate cu rigorile pieței internaționale. De exemplu, prin aplicarea de nanotehnologii noi, cu ioni de litiu, obținând baterii Li-Ion pe bază de nanofire-microfire. Diverse combinații chimice noi, îmbunătățite esențial sunt introduse la fiecare patru-șase luni, iar cu un progres atât de rapid este extrem de complicat de evaluat cât de repede va „îmbătrâni” bateria revizuită, cum se va comporta și cât de sigură va fi pe parcursul exploatării. Apare astfel necesitatea stringentă de senzori cost-eficienți, cu o precizie și o durată de viață mare, de ordinul bateriei respective. De aici apare și necesitatea monitorizării evoluției gazului, a procesului de descompunere a electroliților în baterie, deoarece orice schimbare de temperatură sau de mediu are un impact direct asupra performanței electrice și a stabilității bateriei pe termen lung. Cu această abordare simplă și foarte fiabilă pentru fabricarea unui senzor este posibilă integrarea acestuia în celula clasică a bateriei pentru a monitoriza starea și durata de viață utilă a unei baterii Li-Ion.
Autorii acestui studiu au elaborat o strategie nouă, extrem de simplă de pregătire și integrare în senzori pentru baterii a microfirelor CuO/Cu2O/Cu, care sunt complet acoperite de o rețea de nanofire de doar 20 nm, folosind un proces simplu de oxidare termică. Microfirele CuO/Cu2O/Cu sunt fixate pe plăcuțele Au/Cr cu microparticule din Cu. După recoacere termică la 425 °C, aceste microfire individuale CuO/Cu2O/Cu sunt utilizate ca senzori de 2-propanol la temperatura camerei. Acești senzori arată răspunsuri diferite ale gazelor cu temperaturi de funcționare, de exemplu, sensibilitate mai mare la etanol la 175 °C, sensibilitate mai mare la 2-propanol la temperatura camerei și 225 °C și sensibilitate mai mare la gazul hidrogen la ~ 300 °C respectiv. În context, autorii propun mecanismul de detectare a acestui senzor 3-în-1 bazat pe CuO/Cu2O/Cu. Structura cristalină a structurii înveliș-Cu2O/Cu-miez și a rețelelor CuO-nanofire la suprafață au fost confirmate cu TEM, HRTEM și SAED, micrografele TEM (HR) care dezvăluie faza CuO monoclinică. Calculele DFT aduc aporturi valoroase pentru interacțiunile diferitelor molecule de gaz cu cea mai stabilă suprafață a CuO, dezvăluind legături puternice, schimbări ale benzilor electronice și transfer datorită interacțiunilor moleculei de gaz cu suprafața superioară confirmând astfel datele experimentale. Această cercetare arată importanța hetero-structurii stratificate CuO/Cu2O ca un nanomaterial pentru detectarea diferitelor gaze, controlate de temperatura de lucru, iar perspectivele prezentate aici vor avea o valoare semnificativă în fabricarea de noi sistemele de detectare prin intermediul nanotehnologiei simple propuse de profesorii de la UTM și realizată până la dispozitiv final în colaborare internațională fiind suportată de e cercetare științifică detaliată.
Lucrarea face parte dintr-o cercetare mai amplă cu tema „Nanotehnologii pentru dispozitive nanosenzorice”, realizată sub conducerea științifică a dr. hab., prof. univ. Oleg LUPAN. Studenții ciclurilor I, II, III și cei dornici de a experimenta lucruri noi pot adera oricând la această echipă de la Centrul de Nanotehnologii și Nanosenzori, Departamentul Microelectronică și Inginerie Biomedicală, Facultatea Calculatoare, Informatică și Microelectronică a UTM. Astfel, studenții și colaboratorii UTM au posibilitatea să-și testeze realmente cunoștințele prin elaborarea de aparate și dispozitive electronice și biomedicale noi, dar și de a se încadra în colaborări pe plan internațional.
Aceste cercetări apreciate la nivel internațional au fost susţinute parţial de proiectul NATO Science for Peace and Security Programme (SPS) under grant G5634 „Advanced Electro-Optical Chemical Sensors” AMOXES la UTM.
Acest material a fost scris și redactat de echipa UTM. Informațiile prezentate în acest material nu reflectă nici într-un mod opiniile echipei #diez.
