معجزه یک قطره الکل در دنیای نانوحسگر ها - وبلاگ ماکارون

به گزارش وبلاگ ماکارون، مهندسان دانشگاه مک کواری استرالیا، پیشگام روش جدیدی در فراوری نانوحسگر ها هستند که به شکل قابل توجهی از کربن فشرده کمتری استفاده نموده و با هزینه های کمتر، کارایی و تطبیق پذیری را افزایش داده و فرآیند ارزشمند این بخش جهانی را چند تریلیون دلار بهبود می بخشد.

به گزارش خبرآنلاین، اعضای این تیم به جای فرآیند معمولی که شامل حرارت دادن مواد تا رسیدن به دمایی بالاست، از شیوه تازهی استفاده می نمایند و روی هر حسگر یک قطره اتانول می ریزند. نتایج این تحقیق اخیرا در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده است.

پروفسور نوشین نصیری، سرپرست آزمایشگاه نانوتکنولوژی در دانشکده مهندسی دانشگاه مک کواری در این باره گفته: نانوحسگر ها معمولا از میلیارد ها نانوذره تشکیل شده اند که روی سطح حسگر کوچکی قرار می گیرند. ولی بیشتر این حسگر ها در ابتدا که ساخته می شوند، کار نمی نمایند.

نانوذرات با پیوند های طبیعی ضعیفی خود را به یکدیگر متصل نموده و در شبکه ای جمع می شوند که ممکن است آنقدر فاصله و شکاف بین نانوذرات وجود داشته باشد که مانع از ارسال سیگنال های الکتریکی گردد و در این شرایط حسگر کار نخواهد کرد.

روند عملکرد نانوحسگر ها چگونه است؟

تیم دانشیار پروفسور نصیری این یافته را در جریان کوشش برای بهبود حسگر های نوری ماوراء بنفش، فناوری کلیدی پشت Sunwatch که باعث شد تا خانم نصیری به عنوان یکی از فینالیست های جایزه Eureka 2023 معرفی گردد، کشف کردند.

نانوحسگر ها نسبت سطح به حجم عظیمی دارند که از لایه هایی از نانوذرات تشکیل شده اند و آن ها را نسبت به ماده ای که برای شناسایی طراحی شده اند، بسیار حساس می نماید. اما بیشتر نانوحسگر ها زمانی به شکل موثر کار خواهند کرد که در یک فرآیند زمانبر و پرانرژی 12 ساعته قرار بگیرند که با استفاده از دمای بالا آن ها را برای همجوشی لایه های نانوذرات گرم می نماید و در این شرایط کانال هایی ایجاد می گردد که به الکترون ها اجازه عبور از لایه ها را می دهد تا بدین ترتیب حسگر ها کار نمایند.

پروفسور نصیری ادامه داد: کوره بیشتر حسگر های مبتنی بر پلیمر را از بین می برد و نانوحسگر های حاوی الکترود های ریز مثل آن هایی که در یک دستگاه نانوالکترونیک هستند، ممکن است ذوب شوند. در حال حاضر نمی توان از بسیاری از مواد برای ساخت حسگر ها استفاد کرد؛ چرا که توان مقاومت در برابر حرارت را ندارند.

یک قطره اتانول به جای 12 ساعت حرارت

در هر صورت تکنیک تازه کشف شده به وسیله تیم دانشگاه مک کواری، فرآیند بهره گیری از گرمای فشرده را دور زده و این امکان را فراهم می نماید تا نانوحسگر ها را از طیف وسیع تری از مواد بسازند.

پروفسور نصیری ادامه داد: افزودن یک قطره اتانول برروی لایه حسگر، باعث می گردد تا احتیاج به قرار دادن آن در داخل کوره نباشد و همین یک قطره اتانول به حرکت اتم های روی سطح نانوذرات یاری نموده و باعث می گردد تا با پیوستن ذرات به یکدیگر، شکاف بین نانوذرات ناپدید شوند. ما نشان دادیم که استفاده از اتانول کارایی و پاسخگویی حسگر ها را به اندازه قابل توجهی بهبود بخشید و این فراتر از چیزی است که ما بعد از 12 ساعت حرارت دادن به آن می رسیدیم.

کشف تصادفی روش تازه

این متد تازه بعد از آن کشف شد که جیدن چن، نویسنده ارشد این مطالعه که دانشجوی کارشناسی ارشد است، در هنگام شستن یک بوته، به صورت تصادفی مقداری اتانول را روی حسگر پاشید. این در حالی است که در حالت عادی، معمولا چنین حادثه ای باعث از بین رفتن چنین دستگاه های حساسی می گردد.

چن در این رابطه گفت: فکر می کردم سنسور از بین رفته؛ ولی بعدا متوجه شدم که این نمونه از نمونه های دیگری که تا به آن موقع ساخته بودیم بهتر عمل می نماید.

پروفسور نصیری هم گفته که این اتفاق، این ایده را به آن ها داده، ولی اثربخشی این روش، به کار پرزحمتی که برای شناسایی حجم دقیق اتانول مصرفی انجام می گردد، بستگی دارد. او گفت: وقتی جیدن این نتیجه را به دست آورد، ما با دقت خیلی بالایی مقادیر مختلفی از اتانول را آزمایش کردیم. او بار ها و بار ها این تست را انجام داد تا متوجه گردد که چه اندازه از اتانول، موثر خواهد بود. سه میکرولیتر خیلی کم بود و هیچ تاثیری نداشت. ده میکرولیتر هم خیلی زیاد بود و باعث از بین رفتن لایه حسگر شد. اما پنج میکرولیتر کاملا کافی و دقیق بود.

این تیم منتظر ثبت مجوز این اختراع است و قطعا این اختراع پتانسیل آن را دارد که در دنیای نانوحسگر ها مثل یک بمب سروصدا کند.

پروفسور نصیری ادامه داد: ما دستورالعملی را برای کارکرد نانوحسگر ها ایجاد کردیم و آن را با حسگر های نور UV و بعلاوه با نانوحسگر هایی که دی اکسید کربن، متان، هیدروژن و مواد دیگر را تشخیص می دهند، آزمایش کردیم و تاثیر آن یکسان است. بعد از آنکه تعیین شد که یک قطره اتانول کافی است، حسگر بعد از یک دقیقه فعال شد. این یک فرآیند آهسته و بسیار انرژی بر را به یک فرآیند به مراتب کارآمدتر تبدیل کرد.

همین حالا شرکت هایی در استرالیا و دیگر کشور های دنیا که مشتاق به همکاری با پروفسور نصیری برای بهره گیری از این تکنیک هستند، با او تماس گرفته و در پی جذب ایشان هستند.