Мы уже сообщали об интересных устройствах – нанотермометрах, которые должны информировать исследователей о температуре среды в очень малых областях пространства. К таким термометрам предъявляются следующие требования – во-первых, они, конечно, должны быть достаточно точны и чувствительны, во-вторых, быть обратимыми и, в-третьих, должны быть стабильны в различных средах и широком интервале температур.
Та же группа исследователей сообщила об изготовлении нового термометра, конечно, лучше прежнего. Главное отличие заключается в том, что ранее в качестве рабочего тела использовались жидкости, а сейчас – вещество в твердом состоянии. Из твердых металлов наибольшим коэффициентом термического расширения обладает свинец. Его-то и поместили в нанотрубку из оксида цинка, для которого этот коэффициент значительно ниже.
Нанокабели Pb/ZnO были получены при комнатной температуре методом гальванического замещения (galvanic displacement) из цинковой фольги, помещенной в раствор Pb(NO3)2. Диаметр кабелей составил около 80 нм, а длина – несколько микрон. Как правило, свинец заполняет не всю нанотрубку целиком, так что внутри имеется полость. Структура стабильна вплоть до температуры 300 °С.
Оказалось, что длина полости изменяется линейно в интервале температур 25-300 °С, причем, одинаково при нагреве и охлаждении. При более высоких температурах свинец плавится и может вытечь из оболочки. Однако если оболочка вдруг оказывается бездефектной, то и далее увеличение объема свинца происходит линейно, только с другим коэффициентом расширения. Так что наиболее удачные термометры можно использовать до 800 °С.
Авторы уверяют, что довольно скоро без подобных термометров мы уже не сможем обойтись. Например, ими можно контролировать температуру образцов, нагреваемых пучком электронов, в просвечивающем электронном микроскопе или следить за температурой подогреваемых держателей. Снимать показания термометров можно и автоматически, например, путем измерения электроемкости конденсатора, образованного поверхностью свинца и противоположным концом трубки.
Работа «High-Sensitivity Solid-State Pb(Core)/ZnO(Shell) Nanothermometers Fabricated by a Facile Galvanic Displacement Method» опубликована в журнале Advanced Materials.
