Исследователи Калифорнийского университета в Ирвайне создали наноматериал, цвет которого меняется в зависимости от температуры. Результаты их работы были опубликованы в журнале Advanced Materials.
Группа учёных под руководством профессора химии Макса Аргильи открыла, что этот материал может быть использован в качестве наномасштабного термометра, который может измерять температуру с высокой точностью. «Мы обнаружили, что можем создавать маленькие и чувствительные термометры. Это одна из самых прикладных работ нашей лаборатории», — сказал Аргилья.
Новый материал напоминает «наномасштабные кольца настроения», которые меняют цвет в зависимости от температуры тела владельца. Однако, в отличие от простых термометров, изменения цвета этого материала можно калибровать и использовать для оптического снятия показаний температуры в наномасштабе.
«Необходимость измерения температуры важна, поскольку множество биологических и промышленных процессов зависят от отслеживания мельчайших изменений температуры. Теперь у нас могут быть термометры, которые мы могли бы попытаться ввести в клетки», — добавил Аргилья.
По словам постдокторанта Дмитрия Кордовы, оптические термометры также потенциально могут измерять температуру и оценивать эффективность микро- и наноэлектроники, включая схемы и устройства хранения данных. В промышленности уже есть оптические термометры, которые они используют при изготовлении компьютерных компонентов, но новый материал команды «по крайней мере на порядок более чувствителен», сказал Кордова.
Прорыв произошёл, когда Кордова и коллеги вырастили в своей лаборатории кристаллы, которые в нанометровых масштабах напоминают спиральные пружинки. Сначала они выращивали кристаллы, чтобы подвергнуть их тепловому стрессу и посмотреть, при каких температурах кристаллы распадаются. Кордова и студент-исследователь Лео Ченг заметили, что цвет кристаллов систематически менялся от жёлтого до оранжевого в зависимости от температуры.
Затем группа провела точные измерения температурного диапазона, которому соответствовали цвета, и обнаружила, что светло-жёлтые цвета соответствовали температурам около -190 градусов по Цельсию, а красно-оранжевые цвета соответствовали температурам около 200 градусов по Цельсию.
Для извлечения наноразмерных образцов материала в лаборатории приклеили кусочек клейкой ленты к кристаллам в большом масштабе, отклеили её и перенесли наноразмерные образцы, приклеенные к ленте, на прозрачные подложки.
«Мы можем отделить эти структуры и использовать их в качестве наноразмерных термометров, которые можно переносить, реконфигурировать и соединять с другими материалами или поверхностями», — сказал Аргилья.
Далее учёные планируют протестировать другие наноматериалы, чтобы посмотреть, можно ли разработать термометры, способные измерять более широкий диапазон температур.
«Сейчас мы пытаемся "взломать правила" проектирования материалов, чтобы сделать ещё более чувствительные материалы. Мы пытаемся открыть "ящик с инструментами" для оптической термометрии от объёмного масштаба до наномасштаба», — сказал Аргилья.