Наноматериалы нового поколения: термометры, меняющие цвет в зависимости от температуры

Исследователи Калифорнийского университета в Ирвайне создали новый наноматериал, цвет которого варьируется в зависимости от температуры. Результаты их исследования были опубликованы в научном журнале Advanced Materials.

Группой учёных под руководством профессора химии Макса Аргильи было установлено, что этот материал может функционировать как наномасштабный термометр, обеспечивая высокую точность измерений. «Мы обнаружили возможность создания компактных и чувствительных термометров. Это одна из самых практичных работ нашей лаборатории», — отметил Аргилья.

Новый материал напоминает «кольца настроения», которые изменяют цвет в зависимости от температуры тела их носителя. Однако, в отличие от обычных термометров, цветовые изменения нового материала можно калибровать, что позволяет использовать его для оптического измерения температуры на наноуровне.

По словам постдокторанта Дмитрия Кордовы, оптические термометры также способны измерять температуру и оценивать эффективность микро- и наноэлектроники, включая чипы и устройства хранения данных. В промышленности уже используют оптические термометры для производства компьютерных компонентов, однако новый материал группы «по крайней мере на порядок более чувствителен», подчеркнул Кордова.

Прорыв произошёл, когда Кордова и его коллеги в лаборатории вырастили кристаллы, которые на наноуровне напоминают спиральные пружины. Сначала учёные выращивали кристаллы, чтобы подвергнуть их термическому стрессу и выяснить, при каких температурах они разрушаются. Кордова и студент-исследователь Лео Ченг заметили, что цвет кристаллов постепенно менялся от жёлтого до оранжевого в зависимости от температуры.

Проведённые точные измерения температурного диапазона соответствия цветов показали, что светло-жёлтые цвета соответствовали температурам около -190 градусов по Цельсию, тогда как красно-оранжевые цвета отражали температуры около 200 градусов по Цельсию.

Для извлечения наноразмерных образцов в лаборатории использовали клейкую ленту, которая была приклеена к кристаллам в крупном масштабе, затем её отклеили и перенесли наноразмерные образцы на прозрачные подложки.

В дальнейшем учёные планируют протестировать другие наноматериалы, чтобы выяснить, возможно ли создание термометров, способных измерять более широкий температурный диапазон.

«Сейчас мы стараемся «взломать» традиционные правила проектирования материалов, чтобы создать ещё более чувствительные образцы. Наша цель — открыть «инструментарий» для оптической термометрии от объёмного до наноуровня», — заключил Аргилья.