بهبود خاصیت حسگری گاز گرافین در دانشگاه شهید چمران اهواز

پژوهشگران دانشگاه شهید چمران اهواز با همکاری دانشگاه اوپسالای (‏Uppsala University‏) کشور سوئد با ‏ایجاد نقص‌های کنترل شده‌ای از طریق بمباران یونی گالیم در ساختار گرافین، موفق به افزایش حساسیت و بهبود خواص ‏حسگری گاز گرافین شدند.‏

گرافین یک ماده‌ی دوبُعدی با قابلیت آشکارسازی مولکول‌های گازی است. مطالعات زیادی نشان می‌دهند که مولکول‌های ‏NO2‎‏ روی سطح گرافین بدون نقص، جذب فیزیکی می‌شوند و حساسیت گرافین به جذب مولکول‌های گاز در دمای ‏اتاق، به ناخالصی‌ها مربوط است. یکی از روش‌های افزایش حساسیت حسگر گاز گرافین ایجاد کردن نقص ساختاری در آن ‏است. ایجاد کردن نقص در گرافین، منجر به تغییر ویژگی‌های الکترونی آن می‌شود. لذا اندرکنش مولکول‌های گازی با ‏گرافین نقص‌دار می‌تواند بسیار جالب باشد.
 ‏
در تحقیق حاضر که در قالب پایان نامه‌ی دکتری در دانشگاه شهید چمران اهواز و با همکاری دانشگاه اوپسالای کشور ‏سوئد انجام شده است، با استفاده از دستگاه پرتو یونی کانونی(‏FIB‏)، نقص‌های کنترل شده‌ای از طریق بمباران یونی ‏گالیم در ساختار گرافین ایجاد شده و اندرکنش آن با مولکول‌های گازی ‏NO2‎‏ مورد بررسی قرار گرفته و نتایج به‌دست ‏آمده با گرافین خالص مورد مقایسه قرار گرفته است. این نتایج نشان می‌دهند نقص‌های ایجاد شده در ساختار گرافین منجر ‏به افزایش پاسخ الکتریکی آن نسبت به مولکول‌های گازی ‏NO2‎‏ به میزان سه برابر می‌شود. به دلیل اشباع پیوندهای ‏دانگلی گرافین بمباران شده توسط ذرات بخار آب، هیدروژن و گروه‌های هیدروکسیل موجود در هوا پس از بمباران یونی، ‏اندرکنش بین مولکول‌های گازی ‏NO2‎‏ و پیوندهای دانگلی گرافین نمی‌توانند مسئول افزایش خاصیت حسگر گاز گرافین ‏نقص‌دار باشد. به نظر می‌رسد افزایش حساسیت به دلیل اندرکنش مولکول‌های گازی ‏NO2‎‏ با گرافین بازسازی شده پس ‏از بمباران یونی باشد.
 ‏
به گفته دکتر یاسر حاجتی، محاسبات نظریه‌ی تابع چگالی انجام شده در تحقیق حاضر نشان می‌دهند مولکول‌های ‏گازی ‏NO2‎‏ به گرافین تک لایه با نقص استون-ولز با انرژی بستگی بیشتری می‌چسبند. این امر باعث تغییر حالت‌های ‏الکترونی در نزدیکی سطح فرمی گرافین می‌شود که در نهایت خصوصیات ترابردی گرافین را بهبود می‌بخشد. حسگر گاز ‏ساخته شده در تحقیق حاضر که توسط بمباران یونی، نقص‌های ساختاری در آن ایجاد شده است پاسخ الکتریکی سریع‌تر، ‏تغییرات رسانش الکتریکی بیشتر و در نهایت حساسیت بیشتری به مولکول‌های گازی ‏NO2‎‏ در مقایسه با گرافین خالص از ‏خود نشان می‌دهد. انتظار می‌رود بتوان از این روش برای افزایش حساسیت گرافین نسبت به دیگر مولکول‌های گازی نیز ‏استفاده کرد. لذا تحقیق حاضر نشان‌دهنده‌ی روش جدیدی برای افزایش خاصیت حسگر گاز گرافین است.
 ‏
نتایج این کار تحقیقاتی که توسط دکتر یاسر حاجتی و همکارانش صورت گرفته است، در مجله‏ ‏Nanotechnology‏ به چاپ رسیده است. علاقه‌مندان می‌توانند متن کامل مقاله در جلد 23 و شماره 50 منتشر شده ‏در تاریخ 21 دسامبر سال 2012 مطالعه نمایند.‏