В новом отчете, опубликованном в Nature Asia Materials, Кенши Харада и группа специалистов по материаловедению и аналитической науке из Японии и Франции сформировали новое устройство для измерения окружающей среды, которое исследовало оптоионно-электронные явления октаэдрического металла молибдена (Mo 6 ). Команда создала эти наноматериалы или атомные кластеры, в которых атомы металлов связаны друг с другом с сопутствующими неметаллическими атомами. Они изменили свойства материалов для различных применений, добавив функциональные вещества. В этой работе Harada et al. разработали прозрачные пленки из оксида индия и олова, на которые нанесли гексамолибден.атомных кластеров, чтобы исследовать зависимость электрических свойств пленок от влажности и температуры и понять, как меняется их проводимость при различных условиях освещения. Инновационный материал находит применение в качестве датчика атмосферы.

Материаловедение для разработки новых наноматериалов

Металлы, полупроводники, керамика и полимеры — все они создают функциональные материалы с потенциалом для разработки новых технологий . Материалы, преобразующие энергию, можно широко использовать в повседневных ситуациях, и исследователи стремятся придать более совершенные свойства устройствам, включая пьезоэлектрические, термоэлектрические, газовые датчики и фотодиоды для обеспечения устойчивых функций . Разработка многофункциональных материалов в сочетании с миниатюризацией устройств может привести к использованию одного продукта для расширения приложений в датчиках и освещении. Харада и др. сосредоточена на кластерах атомов металлов, признанных многофункциональными строительными блоками наноматериалов для разработки новых интеллектуальных устройств . Они изучали температурную зависимость электронных свойствполупрозрачного металлического молибденового кластера, полученного методом электрофоретического осаждения , наряду со свойствами проводимости материалов под световым облучением. Затем с помощью масс-спектрометрии они определили химический состав металлического кластера и описали электронные свойства, чтобы понять влияние светового облучения на электронные и ионные свойства.

Морфология и свойства осаждаемой пленки

Харада и др. впервые охарактеризовали поверхностную пленку с помощью сканирующего электронного микроскопа . Затем они количественно оценили спектрометрию ионной подвижности — масс-спектрометрию , чтобы подтвердить гипотезу об ионном обмене во время электрофоретического осаждения . По результатам спектрометрии ионной подвижностипоказали, что эти реакции обмена лигандами не оказывают существенного влияния на геометрию молибденового кластера. Затем они исследовали зависимость электропроводности кластерной пленки молибдена от температуры и влажности и показали, что электронное сопротивление кластерной пленки зависит от температуры. При повышении температуры электронное сопротивление уменьшалось. Затем команда наблюдала аналогичные энергии активации для кластерных пленок молибдена, приготовленных с разным временем осаждения, чтобы предположить, как толщина пленки не влияет на электронные свойства. Харада и др. также учитывали спектры импеданса кластерной пленки при различной относительной влажности, чтобы показать, что по мере уменьшения относительной влажности электронное сопротивление увеличивается.

Зависимость кластерной пленки молибдена от частоты релаксации и другие свойства.

Харада и др. затем наблюдали проводимость кластерной пленки, которая в основном зависела от количества ионов гидроксония (H ₃ O ⁺ ) и гидроксида (OH ^— ), образующихся в результате реакции гидролиза в процессе электрофоретического осаждения. Локальное изменение pH вокруг электродов было важным фактором в процессе электрофоретического осаждения, и команда использовала ионы гидроксония для нейтрализации кластерных анионов молибдена и создания дополнительных кластеров ., с потенциально стабильными и нейтрализованными компонентами. Затем ученые подошли к электронным свойствам кластерной пленки молибдена под световым облучением, которые они охарактеризовали с помощью измерения постоянного тока. Они отметили электрическую проводимость через некогерентные переходы носителей заряда между пространственно локализованными состояниями .. Команда наблюдала изменения в локальных электронных свойствах кластерной пленки при облучении ультрафиолетовыми, красными и синими светодиодами под постоянным током. В каждом случае они выполняли облучение светом только в течение 30 секунд по истечении 270 секунд с момента начала подачи напряжения постоянного тока. Харада и др. также измеряли импеданс кластерной пленки при облучении УФ, синим и красным светом. Плотности потока фотонов в исследуемых условиях были одинаковыми. Отмечено увеличение импеданса при облучении образцов УФ и синим светом, в то время как при красном свете существенных изменений не наблюдалось.

Перспектива

На основе полученных результатов команда разработала схематическую структуру кластера молибдена в пленке и провела несколько экспериментов с воспроизводимыми явлениями, которые оказались обратимыми. Например, Харида и др. может восстановить уменьшенное световое излучение до исходного состояния после часа уравновешивания. Поскольку кластер молибдена проявлял фотокаталитические свойства, молекулы воды и/или ионы гидроксония, содержащиеся в пленке, разлагались в результате фотореакции с уменьшением ионной проводимости. Дополнительные исследования также показали, как молекулярная структураслои на основе, естественно, привели к внутреннему полупроводниковому поведению. Основываясь на экспериментах, Кенши Харада и его коллеги выявили зависимость влажности, силы облучаемого света и длины волны облучения от электронных свойств кластерной пленки молибдена. Команда определила наиболее выгодные характеристики кластера молибдена, в том числе большой стоксов сдвиг, длительный срок службы и высокую эффективность красного люминесценции, чтобы показать, как пленка электрофоретического осаждения сформировала многофункциональное устройство для определения влажности и ультрафиолетового излучения.