شناسایی آلاینده های NO۲ با افزاره های مبتنی بر مواد دوبعدی
لیدی شال: گروه تحقیقاتی NPDL ( آزمایشگاه ساخت افزاره نانومقیاس) دانشگاه کردستان در تلاش است تا با ساخت افزاره های مبتنی بر مواد دوبعدی، نسل جدیدی از ادوات مناسب برای کاربردهای سنسور عرضه نماید که قابل کاربرد برای شناسایی گاز دی اکسید نیتروژن (NO2) در دمای اتاق باشد.
به گزارش لیدی شال به نقل از ایسنا، فؤاد قاسمی مدرس گروه فیزیک دانشگاه کردستان درباره این مطالعات اظهار داشت: در این طرح از روش جدیدی برای ساخت آشکارساز نوری بر پایه هیبرید مولیبدن سولفید/گرافن با اتصالات الکتریکی از جنس نانولوله کربنی استفاده شده است که این آشکارساز نوری بعنوان سنسور گازی برای شناسایی غلظت های مختلف گاز NO۲ در دمای اتاق توسعه داده شد. نتایج حاصل حاکی از سنسور گازی بسیار حساس با قابلیت پایداری بالایی است که در مقایسه با سایر نمونه های خارجی گزارش شده در مقالات، عملکرد بهتری را نشان میدهد.
قاسمی با اشاره به جزئیات این تحقیق اظهار داشت: در این طرح از یک روش ساده بر پایه لایه نشانی قطره ای برای ساخت هیبرید گرافن – سولفید مولیبدن (MoS۲) بر روی نانولوله های کربنی رشدیافته عمودی (VACNTs) استفاده شد تا بعنوان افزاره اپتوالکترونیکی برای شناسایی گاز دی اکسید نیتروژن (NO۲) در دمای اتاق عمل کند. نانولوله های کربنی با ایجاد اتصال الکتریکی مناسب با ماده هیبرید بطور محسوسی بر پاسخ نوری افزاره تأثیر می گذارد بطوریکه پاسخ دهی را افزایش قابل توجهی داد و زمان پاسخ دهی را تا ۴۰ درصد نسبت به افزاره با اتصال طلا کم کرد. در مرحله بعدی، افزاره تولید شده MoS۲-rGo/VACNTs بعنوان یک سنسور مقاومتی گازی برای شناسایی دی اکسید نیتروژن استفاده شد که پروسه شناسایی در دمای اتاق و تحت تابش نور لیزر انجام شد. تحت تابش نور لیزر ۴۰۵ نانومتر، سنسور به ۱۰۰ ppm گاز NO۲ حساسیت بالایی با زمان ریکاوری کوتاه، (مدت زمان موردنیاز برای بازگشت سنسور به حالت اولیه قبل از ورود گاز) نشان میدهد که عملکرد شایان توجهی در مقایسه با سایر نمونه های گزارش شده خارجی است.
وی درباره خاصیت های نوآورانه این پژوهش اظهار داشت: استفاده از نانوصفحات مولیبدن سولفید بر روی لایه گرافن معلق ضمن دارابودن سطح مؤثر بالا، جایگاه های فعالی را جهت جذب مولکول های دی اکسید نیتروژن فراهم می آورد. نانوصفحات مولیبدن سولفید علاوه بر فراهم آوردن مکان های فعال برای جذب مولکول های گاز، با افزایش حساسیت نوری سنسور، عملکرد آنرا به میزان قابل توجهی تقویت می کنند. تابش نور با تولید جفت الکترون/حفره هم راه است. حامل های تولیدشده، جایگاه های اشغال شده توسط مولکول های محیطی (مانند مولکول های اکسیژن و بخار آب) روی سطح صفحات را آزاد می کنند و آنها را به مکان های فعال برای جذب مولکول های NO۲ تبدیل می کنند. آنها همین طور انرژی فعال سازی موردنیاز برای واجذب مولکول های به دام افتاده در زمان ریکاوری را تامین می کنند، در نتیجه حساسیت و عملکرد افزاره را بهبود می بخشند. مهم ترین نوآوری در این کار استفاده از نانوصفحات اکسید مولیبدن برای ایجاد لایه فعال اپتیکی در افزاره است که دمای کاری آنرا از ۲۰۰ درجه سانتی گراد به دمای اتاق می کاهد، در صورتیکه نمونه های خارجی اکثراً در دماهای بالا در حدود ۲۰۰ درجه سانتی گراد عمل می کنند. این تفاوت انرژی بوسیله نور تامین می شود.
پژوهشگر این طرح با اشاره به قابل پیش بینی بودن حجم بازار سنسورهای گاز از یک میلیارد دلار در سال ۲۰۱۹ به ۱٫۴ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۴ اظهار داشت: تنظیم و اجرای مقررات مختلف بهداشت و ایمنی در سراسر کره زمین، افزایش استفاده از سنسورهای گاز در سیستم های تهویه مطبوع و مانیتورهای کیفیت هوا، افزایش تقاضا برای سنسورهای گاز در صنایع مهم، افزایش سطح آلودگی هوا و نیاز به نظارت بر کیفیت هوا در شهرهای هوشمند، از مهم ترین عوامل رشد بازار سنسورهای گازی است.
گروه تحقیقاتی NPDL در تلاش است تا با افزودن نانومواد جدید، ضمن بهبود حساسیت، پایداری و عملکرد شناساگر پرتابل NO۲ را در حد بالایی بهبود داده و نخستین نمونه تجاری آنرا با قیمت بسیار ارزانی در مقایسه با نمونه های خارجی روانه بازار کند. سنسورهای تجاری موجود در بازار برمبنای فناوری های مختلفی نظیر الکتروشیمیایی، آشکارسازهای فوتونی(PID)، نیمه هادی های حالت جامد (MOS)، کاتالیزوری، فرو سرخ، لیزر، زیرکونیا و هولوگرافیک ساخته می شوند.
سنسور معرفی شده بر طبق فناوری نوری- گازی است که در مقایسه با سایر فناوری ها، حساسیت بالا، زمان ریکاوری کوتاه تر و پایداری بالایی را نشان میدهد.
برمبنای اعلام ستاد نانو، این طرح حاصل یک پروژه دانشگاهی است که خود نیز قسمتی از یک پروژه بزرگتر متمرکز بر ساخت افزاره های مبتنی بر مواد دوبعدی است. فؤاد قاسمی عضو هیئت علمی گروه فیزیک دانشگاه کردستان و نویسنده مسئول توانسته است مجوز چاپ مقاله این طرح را با عنوانVertically aligned carbon nanotubes، MoS۲–rGo based optoelectronic hybrids for NO۲ gas sensing در مجله Scientific Reports در سال ۲۰۲۰ دریافت کند.
منبع: ladyshal.ir
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب