Учёные из Калифорнийского университета в Ирвайне разработали наноматериал, который способен изменять свой цвет в зависимости от температуры. Их исследования были опубликованы в журнале Advanced Materials.
Под руководством профессора химии Макса Аргильи, группа учёных обнаружила, что данный материал позволяет создать высокоточные наномасштабные термометры. «Мы обнаружили, что можем создавать крохотные и чувствительные термометры. Это одно из самых прикладных исследований нашей лаборатории», — отмечает Аргилья.
Новый материал напоминает «наномасштабные кольца настроения», которые меняют цвет в ответ на температуру тела владельца. Однако в отличие от обычных термометров, цвет этого материала можно калибровать и использовать для оптического измерения температуры в наномасштабе.
«Возможность точного измерения температуры является ключевой, поскольку многие биологические и промышленные процессы зависят от отслеживания минимальных температурных изменений. Теперь у нас есть возможность создавать термометры, которые можно будет вводить в клетки», — добавляет Аргилья.
По словам постдокторанта Дмитрия Кордовы, оптические термометры могут также применяться для измерения температуры и оценки производительности микро- и наноэлектронных устройств, включая схемы и накопители данных. В настоящее время в промышленности уже используются оптические термометры для производства компьютерных компонентов, но новый материал команды демонстрирует чувствительность минимум на порядок выше, подчёркивает Кордова.
Прорыв произошёл, когда Кордова и его коллеги выращивали в лаборатории кристаллы, которые в наномасштабе напоминали спиральные пружинки. Сначала они исследовали кристаллы на тепловую устойчивость, чтобы определить температуры, при которых они разрушаются. В процессе этого Кордова и студент-исследователь Лео Ченг заметили систематическое изменение цвета кристаллов от жёлтого до оранжевого в зависимости от температуры.
Затем группа провела точные измерения температурного диапазона, которому соответствуют различные цвета, и выяснила, что светло-жёлтая окраска соответствует температуре около -190 градусов по Цельсию, тогда как красно-оранжевая — около 200 градусов по Цельсию.
Для выделения наномасштабных образцов материала в лаборатории использовали клейкую ленту, чтобы перенести микроскопические кристаллы на прозрачные подложки.
«Мы можем отделять эти структуры и использовать их как наномасштабные термометры, которые легко переносить, переконфигурировать и интегрировать с другими материалами или поверхностями», — объясняет Аргилья.
Теперь исследователи планируют тестировать другие наноматериалы, чтобы создать термометры, способные охватывать более широкий диапазон температур.
«В данный момент мы пытаемся “ломать правила” в проектировании материалов, чтобы создать ещё более чувствительные материалы. Наша цель — открыть новый арсенал инструментов для оптической термометрии, начиная от макро- до наномасштабов», — заключает Аргилья.
Источник: iXBT
