ساخت نانوحسگری برای شناسایی گاز متان در دانشگاه فردوسی

نانوحسگری با بازدهی بالا برای شناسایی گاز متان در آزمایشگاه تحقیقاتی نانوفناوری
دانشگاه فردوسی مشهد ساخته شد.

مهندس زهرا شیخی، کارشناس ارشد مهندسی شیمی در گفتگو با بخش خبری سایت ستاد فناوری
نانو گفت: «در سال‌های اخیر، استفاده از گاز طبیعی که حجم عمده‌ی آن متان است،
به‌صورت‌های مختلف رواج یافته‌ و حادثه‌های انفجار ناشی از نشت آن نیز به‌شدت
افزایش یافته‌است. توانایی شناسایی و تشخیص مقدار گاز در مقادیر کم‌تر از حد انفجار
در جلوگیری از چنین رخدادهایی بسیار ضروری است».

وی افزود: «در ساخت چنین حسگرهایی استفاده از نیمه‌رساناها با ابعاد نانومتری مناسب
به‌نظر می‌رسد. تغییر مقاومت لایه‌ی حساس در اثر مجاورت با گاز، خروجی یک حسگر است.
دلیل این تغییر مقاومت، برهم‌کنش بین گاز و سطح جامد است. در تحقیقات اخیر،
اکسیدهای مختلف کبالت به‌دلیل ویژگی‌های حسگری برجسته نسبت به سایر اکسیدهای فلزی
توجه خاصی را به خود اختصاص داده‌اند. در این کار پژوهشی، از Co₃O₄ که قوی‌ترین
کاتالیست برای اکسایش متان است، در ساخت حسگر استفاده شده‌است. همچنین با توجه به
اثر افزایش ناخالصی در بهبود خصوصیات حسگر، اکسید مس نیز که کاتالیستی قوی در
اکسایش متان به‌شمار می‌رود به‌عنوان ناخالصی به‌کار برده شده‌است».

مهندس شیخی در رابطه با نحوه‌ی ساخت این حسگر گفت: «ابتدا نانوپودرها و لایه‌های
نازک اکسید کبالت با درصدهای مولی متفاوت مس به‌ترتیب با روش‌های سل- ژل و اسپری
پایرولیزیز ساخته شدند. سپس ساختار نمونه‌های ساخته شده با دستگاه‌های مختلف مورد
بررسی قرار گرفتند. پس از اطمینان از تشکیل ساختار نانومتری مورد نظر، فشرده‌سازی
پودرها به‌صورت قرص انجام شد و در نهایت، نمونه‌ها الکترودگذاری شدند. سپس در
محفظه‌ای شیشه‌ای که به‌همین منظور طراحی گردیده بود، میزان حساسیت حسگرها در
مجاورت مقادیر مختلف متان و در دماهای مختلف، مورد بررسی قرار گرفت».

نتایج بررسی‌ها حاکی از آن است که در همه‌ی نمونه‌ها با افزایش دما و غلظت متان در
بازه‌ی مورد بررسی، حساسیت حسگر افزایش می‌یابد. همچنین در حسگرهای ساخته شده از
نانوپودرها، افزایش چشمگیر حساسیت با افزایش ناخالصی مشاهده شد و بالاترین حساسیت،
مربوط به نمونه‌ی با بیشترین درصد مولی مس بود، ولی در نمونه‌های لایه نازک، اثر
ناخالصی عکس نتایج مشاهده شده در نانوپودرها بود و نمونه‌ی خالص بیشترین حساسیت را
داشت.

جزئیات این پژوهش -که در قالب پایان‌نامه‌ی کارشناسی ارشد خانم زهرا شیخی با
راهنمایی دکتر علی احمدپور، دکتر ناصر شاه‌طهماسبی و دکتر محمدمهدی باقری محققی در
آزمایشگاه تحقیقاتی نانوفناوری دانشگاه فردوسی مشهد انجام شده‌است- در مجله‌ی
Physica Scripta (جلد ۸۴، سال ۲۰۱۱) منتشر شده‌است.