یک تیم تحقیقات بین المللی موفق شده است با استفاده از پدیده پلاسمونیک روشی برای حس کردن گازهای قابل انفجار مانند هیدروژن ارائه کند.
استفاده از پلاسمونیک برای حسگری گازهای قابل انفجار
یک تیم تحقیقات بین المللی موفق شده است با
استفاده از پدیده پلاسمونیک روشی برای حس کردن گازهای قابل انفجار مانند
هیدروژن ارائه کند.
یکی از حوزه‌های داغ در فناوری نانو، پلاسمونیک است که در آن امواج
الکترومغناطیسی در یک فضای بسیار کوچک محدود می‌شوند. محصور شدن امواج
الکترومغناطیس در نانوساختارهای فلزی موجب تولید امواج الکترونیکی سطحی می‌شود
که به آن پلاسمون گفته می‌شود. اگر فرکانس نوسان میان امواج الکترومغناطیس
و پلاسمون با هم یکسان شود آنگاه پدیده تشدید رزونانس سطحی محلی (LSPR) رخ
می‌دهد که موجب افزایش میدان الکترومغناطیسی در یک حجم بسیار کمتر از چند
صد نانومتر مربع می‌شود. هر جسمی که وارد این منطقه –اصطلاحا منطقه
نانوفوکوس- شود روی LSPR تاثیر گذاشته و به‌راحتی از طریق میکروسکوپ میدان
تاریک شناسایی می‌شود. ار نانوفوکوس می‌توان برای حسگری پلاسمونیک استفاده
کرد. نانوساختارهای دارای لبه‌های تیز به‌دلیل امکان افزایش میدان
الکترومغناطیس، برای حسگری پلاسمونیک به‌خصوص برای شناسایی اجسام بسیار
کوچک بسیار مناسب هستند.
از پلاسمونیک به‌طور ویژه می‌توان برای
شناسایی گازهای اشتعال‌آور نظیر هیدروژن استفاده کرد. معمولا برای حس کردن
چنین گازهایی از حسگرهای حاوی قطعات الکتریکی استفاده می‌شود که خطر انفجار
را به‌دنبال دارند.
پژوهشگران وزارت انرژی آمریکا (DOE) و آزمایشگاه ملی لورنس برکلی با همکاری
محققان دانشگاه اشتوتگارت برای اولین بار در مقیاس تک ذره‌ای توانستند وجود
گازی را از طریق رزونانس تشدید یافته رشد کنند. باجایگزینی نانوذرات
پالادیوم روی نوک نانوآنتن، آنها توانستند تغییرات خواص نوری را در
پالادیوم در اثر تماس با هیدروژن رصد کنند.
مدیر این تیم تحقیقاتی می‌گوید ما وجود تک ذره هیدروژن را با استفاده از
نانوآنتن در منطقه نور مرئی رصد کردیم و روشی برای قرار دادن نانوذرات
منفرد پالادیوم روی نانوآنتن طلا یافتیم. نتایج این کار برای تقویت سیگنال‌های
حسگری پلاسمونیک در سطح تک ذره بسیار مفید خواهد بود و می‌تواند مسیر
مشاهده نوری واکنش‌های شیمیایی و فعالیت‌های کاتالیستی را در نانوراکتورها
و زیست حسگرها هموار کند.
در این سیستم، از لیتوگرافی دو پرتوی الکترونی به‌همراه یک روش بلند کردن
دوبله استفاده شده است تا نانوذره پالادیوم به‌طور دقیق در محل مورد نظر
نانوفوکوس روی نانوآنتن طلا قرار گیرد. با این سیستم می‌توان تغییرات
عملکردی دی‌الکتریک نانوذره که در اثر جذب یا آزاد سازی هیدروژن ایجاد شده،
را شناسایی کرد. پرتو پراش یافته از این سیستم توسط یک میکروسکوپ میدان
تاریک که به طیف سنجی متصل است، دریافت شده و تغییرات LSPR آن ضبط می‌شود.
