استفاده از نانوسیم‌ها در حسگرهای گازی

یک تیم تحقیقاتی از موسسه ملی فناوری و استاندارد آمریکا (NIST)، با همکاری پژوهشگران دانشگاه میسون و دانشگاه مریلند، موفق شدند حسگرهای نانو مقیاسی بسازند که قادر است ترکیبات آلی فرار را شناسایی کند. این ذرات آلی از رنگ‌ها، پاک کننده‌ها، حشره کش‌ها و دیگر محصولات آزاد می شوند.

یک تیم تحقیقاتی از موسسه ملی فناوری و استاندارد آمریکا (NIST)، با همکاری
پژوهشگران دانشگاه میسون و دانشگاه مریلند، موفق شدند حسگرهای نانو مقیاسی
بسازند که قادر است ترکیبات آلی فرار را شناسایی کند. این ذرات آلی از رنگ‌ها،
پاک کننده‌ها، حشره‌کش‌ها و دیگر محصولات آزاد می‌شوند. تولید این حسگرها
مزایای زیادی در حسگرهای گازی موجود در بازار ایجاد می‌کند این مزایا شامل
عملکرد در دمای اتاق و توانایی شناسایی یک یا چند ترکیب در طیف وسیعی از
غلظت‌ها است.

این حسگر از یک نانوسیم و نانوخوشه‌های اکسید فلزی ساخته شده است که می‌تواند
با یک ترکیب آلی ویژه برهمکنش دهد. این کار، یکی از تلاش‌های مرکز NIST
برای بهره‌گیری از ویژگی‌های منحصر به‌فرد نانوسیم‌ها و عناصر اکسید فلزی
در حسگری مواد خطرناک است.

 
حسگرهای گازی مدرن موجود در بازار از فیلم‌های
رسانا و نازک اکسید فلزی ساخته شده‌اند. زمانی‌که یک ترکیب آلی فرار مانند
بنزن با دی اکسید تیتانیوم برهمکنش می‌دهد، این برهمکنش موجب تغییر جریان
عبوری از فیلم می‌شود که در نهایت موجب به صدا در آمدن زنگ خطر می‌شود.
برای انجام این فرآیند باید فیلم مورد نظر در دمای ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد
باشد. چنین گرم کردنی، موجب زوال تدریجی فیلم شده و اعتبار دستگاه را زیر
سوال می‌برد. علاوه‌براین، این حسگرها در یک محدوده غلظت مشخص فعال هستند
برای مثال یک حسگر ممکن است مقدار بسیار کمی از تولوئن را شناسایی کند اما
امکان شناسایی مقادیر بسیار زیاد آن را نداشته باشد. حسگری که این تیم
تحقیقاتی تولید کرده می‌تواند از ۵۰ PPM تا یک درصد را در هوا شناسایی کند.

فرآیند ساخت این حسگر مشابه فرآیند ساخت تراشه‌های کامپیوتری سیلیکونی است
اما مقیاس تولید حسگرها بسیار کوچکتر از تراشه‌ها است. نانوسیم‌های نیترید
گالیوم کمتر از ۵۰۰ نانومتر عرض و ۱۰ میکرون طول دارند. برخلاف سیم‌های
بزرگتر، این نانوسیم ها نسبت سطح به حجم بالایی دارند بنابراین حساسیت آنها
بسیار بالا است. آبهیشک موتاید، از محققان NIST، می‌گوید محدوده جریان
عبوری از این نانوحسگرها در حدود چند میکروآمپر است در حالی که در حسگرهای
قدیمی‌تر این رقم در محدوده چند میلی آمپر بوده است. بنابراین ما انرژی
بسیار کمتری را شناسایی می‌کنیم. این حسگر کوچکتر و قابل اطمینان‌تر از
حسگرهای رایج است. ابعاد آنها به‌حدی است که می‌توان آنها را در هر کجا
استفاده کرد. به‌جای گرما از پرتو فرابنفش برای ایجاد واکنش میان دی اکسید
تیتانیوم و ترکیبات آلی استفاده شده است.