你知道它是涂在救生员鼻子上的白色污迹，或是涂在婴儿臀部的舒缓膏。但总有一天，保护我们皮肤的白色药膏可能会在你的屋顶或汽车上发电。
许多美国人知道氧化锌是防晒霜的关键成分和尿布疹的有效药膏。但它也是一种半导体，可用于新型太阳能电池、光学气体传感器和紫外线激光器，以及用于生产可替代石油作为汽车和卡车燃料来源的氢气。
“氧化锌相对于其他半导体材料的主要优势在于它储量丰富、价格低廉，并且可以用廉价的工艺制造出高质量的器件，”蒙特利尔康考迪亚大学的物理学家 Amir Hassanpour 说。“这可以带来性能优异的廉价器件，而且不依赖于日益稀缺的稀有材料。”
他与包括物理学家 Pablo Bianucci 和化学家 Nicoleta Bogdan 和 John Capobianco 在内的同事们，设计了一种新的氧化锌加工方法，用于制造半导体。他们的突破性方法可用于制造更高效的太阳能电池板和氢燃料电池等技术。他们将他们的研究发表在《Materials and Design》杂志上。
在微观层面，氧化锌就像一片由称为纳米棒的微小“树木”组成的森林——一维结构，为输送电荷提供了通路。为了在气体传感器等器件中发挥作用，纳米棒必须以特定的图案排列，而直到现在，这种图案的生产成本高昂且需要复杂的设备。
“很容易将氧化锌生长成随机分布的纳米棒森林，其中每根纳米棒的直径比人类头发细 100 到 1,000 倍，但要告诉纳米棒它们应该生长在哪里并不容易，”Bianucci 说。
科学家们用氧化锌覆盖光滑的表面并加热到 400 摄氏度。然后，他们用聚合物覆盖第一层，并使用电子束在上面打孔。之后，他们将氧化锌和图案化的掩膜放入装有溶解在纯水中的锌盐和其他化学物质的瓶子里。然后加热溶液。锌和水仅在孔内发生反应，因此纳米棒仅在这些孔内形成。去除聚合物后，纳米棒图案得以保留。
通过以特定图案生长纳米棒，科学家们可以创建光子晶体——能够捕获光线的特殊结构， Bianucci 解释道。光子晶体可用于制造更高效的紫外线激光器或光学气体传感器，当某种气体存在时，传感器会变色。
例如，这种传感器可以检测危险量的一氧化碳。“或者也可以用于检测你不希望存在的痕量气体，例如水果储存设施中的乙烯，因为乙烯的存在会导致水果变质，”Hassanpour 说。
根据科学家的说法，氧化锌纳米棒对于气体传感器来说将是宝贵的资产，因为它们在暴露于不同气体时会发生可测量的变化。虽然有可能制造出没有特定图案的纳米棒传感器，但制造更灵敏的器件“需要对纳米棒的定位进行精确控制，”Hassanpour 说。
氧化锌纳米棒还可以用于制造更高效的太阳能电池板和更便宜的氢燃料电池。由于氧化锌吸收阳光的能量，将纳米棒放入水中会导致太阳吸收的能量断开水中氧原子和氢原子之间的化学键，从而产生氢气。
“氢气可以收集起来，然后作为燃料使用，理想情况下可以替代汽油或其他化石燃料，”Hassanpour 说。“通过储存氢气，它可以方便地作为燃料转移给消费者，例如氢动力汽车。”
玛琳·西蒙斯为Nexus Media撰稿，该媒体是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合新闻社。
