تشخیص ماهیت انواع گازها با فناوری نانو

  • تشخیص ماهیت گازها
    تشخیص ماهیت گازها

استفاده از نانوتکنولوژی حل بسیاری از مشکلات و مسائل را نوید داده و بسیاری از امورات را نیز تسهیل کرده است. از آخرین کاربردهای نانو استفاده از نانوتکنولوژی در تشخیص ماهیت انواع گازهاست با کمک فناوری نانو، حسگرهایی در مقیاس نانو تولید شده‌اند که به آن‌ها نانوحسگر گویند. نانوحسگرها می‌توانند در ساخت و توسعه حسگرهای با کیفیت بالا و بسیار حساس در تشخیص دما، فشار و گاز در شرایط نامساعد به کار روند. حسگرهای نوین کوچک بوده و همچنین می‌توانند در دما و فشار بالا کار کنند. در همین راستا سامانه‌های برخطی تولید شده‌اند که می‌توانند داده‌های دما و تجمع برخی گازهای حلال در در نانو حسگرهای گازی نانوذرات، نانوسیم‌ها و یا نانولوله‌های تک لایه با ضخامتی در ابعاد نانو گازهای سمی را جذب می‌کنند.

مزیت نانوحسگرهای گازی زمانی معلوم می‌شود که بدانیم هشداردهنده‌های فعلی دیر عمل می‌کنند و کار بر روی آن‌ها یک مزیت محسوب می‌شود، خصوصا در جاهایی مثل معدن که به این موارد نیاز است. حال در ادامه به بیان انواعی از حسگرهای گازی می‌پردازیم:

حسگرهای گازی برای شناسایی گازهای آمونیاک، دی‌اکسید نیتروژن از جمله این موارد هستند. پس از آن، نانوحسگرهای اکسید فلزی هستند. این حسگرها عمدتا از نیمه هادی اکسید فلزی مانند نانواکسید قلع، نانو اکسید روی و نانواکسید مس ساخته می‌شوند. مکانیسم شناسایی براساس جذب و تغییر جرم را نیز داریم. در همین راستا سامانه‌های برخطی تولید شده‌اند که می‌توانند داده‌های دما و تجمع برخی گازهای حلال در ترانسورماتور را با کمک نانوحسگرهای غیرمهاجم ثبت کنند. بعد از شناسایی و موقعیت‌یابی تکانه‌های مربوط به این داده‌ها آن‌ها را به نزدیکترین ایستگاه ابررایانه‌ها برای تحلیل منتقل می‌کنند. نتایج تجربی نشان می‌دهد که نانوذرات آلیاژ پالادیم توانایی بالایی در تشخیص هیدروژن در روغن ترانسفورماتور را دارد.

مثال بعدی حسگرهای هیبریدی هستند که معمولا بر پایه گرافین تولید می‌شوند. گرافین نانوساختاری است دو بعدی که از لایه‌نشانی تک لایه‌ای اتم‌های کربن بدست می‌آید. این ماده با خاصیت دوگانه خود برای رسانش می‌تواند در دو وضعیت رسانش حفره‌ای و الکترونی عمل کند. این دو وضعیت نیز توسط ولتاژ گیت و تغییر سطح فرمی قابل کنترل‌اند. از این رو، هم به شکل دوالکترودی و اندازه‌گیری ساده مقاومت الکتریکی و هم به شکل سه الکترودی و ساختار ترانزیستوری بر پایه گرافین به عنوان حسگر می‌توانند عمل کنند. گرافین از آنجا که تعداد اتم‌های سطحی بالایی دارد هم برای حسگرهای گازی و هم برای حسگرهای شیمیایی ماده مناسبی محسوب می‌شود. حضور گرافین در ساختارهای هیبریدی پارامترهای حسگری را می‌تواند بهبود دهد. گرافین با ساختار دوبعدی خود بستر مناسبی برای رشد نانوساختارهای فلزی و اکسید فلز است، و از رشد و تجمع خودبخودی آن‌ها جلوگیری می‌کند. نمونه‌ای از حسگرهای گاز ساخته شده بر پایه ساختارهای دو جزئی گرافین اکسید-فلز هستند.

اخیرا نیز محققان موفق به تولید حسگرهای پوشیدنی تشخیص گاز شده‎اند. این حسگرها که بیشتر در حفاری‌ها و جاهایی مثل پالایشگاه‌های خطرپذیر کاربرد دارند، قادر به تشخیص گاز سمی سولفید هیدروژن هستند. کاربرد این حسگرها می‌تواند وسیع بوده و در صنایع هواپیمایی و آتش‌نشانی می‎توانند استفاده شوند. این حسگر مبتنی بر نانولوله‌های کربنی بوده که با نانوذرات مس پوشانده شده است. در ساخت آن نیز از بستر پلی اتیلن تترافتالات (PBT) استفاده شده است.