En un nuevo informe publicado ahora en Nature Asia Materials , Kenshi Harada y un equipo de ciencia de materiales y ciencia analítica en Japón y Francia formaron un nuevo dispositivo de detección ambiental que exploró los fenómenos opto-iónico-electrónicos de un metal de molibdeno octaédrico (Mo₆ ) grupo. El equipo construyó estos nanomateriales, o grupos atómicos, con átomos metálicos unidos entre sí con átomos no metálicos que los acompañan. Alteraron las propiedades de los materiales para una variedad de aplicaciones mediante la adición de sustancias funcionales. En este trabajo, Harada et al. desarrollaron películas transparentes hechas de óxido de indio y estaño sobre las que depositaron grupos atómicos de hexamolibdeno para investigar la dependencia de las propiedades eléctricas de las películas con la humedad y la temperatura y comprender cómo se alteraba su conductividad con las diferentes condiciones de luz. El innovador material tiene aplicaciones como sensor atmosférico.

Ingeniería de materiales para diseñar nuevos nanomateriales

Los metales, los semiconductores, las cerámicas y los polímeros dan lugar a materiales funcionales con potencial para desarrollar nuevas tecnologías. Los materiales que convierten energía se pueden usar ampliamente en situaciones cotidianas, y los investigadores pretenden impartir propiedades más avanzadas para dispositivos, incluidos sensores piezoeléctricos, termoeléctricos, de gas y fotodiodos para funciones sostenibles. El desarrollo de materiales multifuncionales junto con la miniaturización de dispositivos puede conducir al uso de un solo producto para expandir las aplicaciones en detección e iluminación. Harada et al. se centró en los grupos de átomos metálicos reconocidos como bloques de construcción multifuncionales de nanomateriales para diseñar nuevos dispositivos inteligentes. Estudiaron la dependencia de la temperatura de las propiedades electrónicas de un grupo de metal de molibdeno translúcido preparado mediante deposición electroforética, junto con las propiedades de conductividad de los materiales bajo irradiación de luz. Luego, utilizando espectrometría de masas, determinaron la composición química del grupo de metales y describieron las propiedades electrónicas para comprender la influencia de la irradiación de luz en las propiedades iónicas y electrónicas.

Harada et al. primero caracterizó la película de superficie utilizando un microscopio electrónico de barrido. A continuación, cuantificaron la espectrometría de movilidad iónica-espectrometría de masas para respaldar la hipótesis del intercambio iónico durante la deposición electroforética. Sobre la base de los resultados, la espectrometría de movilidad iónica mostró cómo estas reacciones de intercambio de ligandos no afectaron sustancialmente a la geometría del grupo de molibdeno. A continuación, investigaron la dependencia de la temperatura y la humedad durante la conductividad eléctrica dentro de la película del grupo de molibdeno y demostraron que la resistencia electrónica de la película del grupo depende de la temperatura. A medida que aumentaba la temperatura, disminuía la resistencia electrónica. A continuación, el equipo observó energías de activación similares para películas de grupos de molibdeno preparadas con diferentes tiempos de deposición para sugerir cómo las propiedades electrónicas no se vieron afectadas por el espesor de la película. Harada et al. también tuvo en cuenta los espectros de impedancia de la película de racimo a diferentes humedades relativas para mostrar que a medida que la humedad relativa disminuía, la resistencia electrónica aumentaba.

Dependencia de la frecuencia de relajación de la película de racimo de molibdeno y otras propiedades.

Harada et al. luego observó la conductividad de la película de racimo, que generalmente dependía del número de hidronio (H₃ O ⁺ ) e hidróxido (OH ^- ) iones creados por la reacción de hidrólisis durante el proceso de deposición electroforética. La modificación local del pH alrededor de los electrodos fue un factor importante durante el proceso de deposición electroforética, y el equipo utilizó iones de hidronio para neutralizar los aniones del grupo de molibdeno y crear grupos adicionales, con componentes potencialmente estables y neutralizados. A continuación, los científicos abordaron las propiedades electrónicas de la película de cúmulos de molibdeno bajo irradiación de luz, que caracterizaron mediante la medición de corriente continua. Observaron la conducción eléctrica a través de transiciones incoherentes de portadores de carga entre estados espacialmente localizados. El equipo observó cambios en las propiedades electrónicas locales de la película de racimo bajo irradiación a través de luces LED ultravioleta, rojas y azules bajo corriente continua. En cada caso, realizaron irradiación de luz durante solo 30 segundos después de un tiempo transcurrido de 270 segundos desde el inicio de la aplicación de voltaje de corriente continua. Harada et al. también midió la impedancia de la película de racimo bajo irradiación de luz UV, azul y roja. Las densidades de flujo de fotones fueron similares bajo las condiciones de interés. Se observó un aumento de la impedancia cuando las muestras se irradiaron con UV y luz azul, mientras que no se observaron cambios significativos con la luz roja.

Perspectiva

El equipo desarrolló además una estructura esquemática del grupo de molibdeno en la película a partir de los resultados y realizó varios experimentos con fenómenos reproducibles que demostraron ser reversibles. Por ejemplo, Harida et al. podría restaurar la irradiación de luz reducida al estado inicial después de una hora de equilibrio. Dado que el grupo de molibdeno mostró propiedades fotocatalíticas, las moléculas de agua y/o los iones de hidronio contenidos en la película se descompusieron en la fotorreacción para disminuir la conductividad iónica. La investigación adicional también mostró cómo las capas basadas en la estructura molecular conducían naturalmente a un comportamiento semiconductor intrínseco. Sobre la base de los experimentos, Kenshi Harada y sus colegas destacaron la dependencia de la humedad, la intensidad de la luz irradiada y la longitud de onda de la irradiación en las propiedades electrónicas de la película de racimo de molibdeno. El equipo identificó las características más ventajosas del grupo de molibdeno, incluido el gran cambio de Stokes, la larga vida útil y la alta eficiencia de luminiscencia roja para mostrar cómo la película de deposición electroforética formaba un dispositivo multifuncional prometedor para detectar la humedad y los rayos UV. + Explora más

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