تشخیص نشت گاز با تکنولوژی جدید سریع تر و راحت تر

به گزارش کلیک، تشخیص گاز در بسیاری از زمینه‌ها از جمله حفاظت از محیط زیست، تشخیص پزشکی و سیستم دفاعی بسیار مهم به نظر می‌رسد. گرافن ماده‌ای است که از یک لایه دو بعدی از اتم‌های کربن تشکیل شده است. این ماده‌ شگفت‌آور پتانسیل استفاده در برنامه‌های سنجش گاز را داراست.

هنگامی که سطح گرافن به مواد شیمیایی خاصی آغشته شود، آن ماده شیمیایی اقدام به دادن یا گرفتن الکترون از گرافن می‌نماید که این امر منجر به تغییر در مقاومت الکتریکی گرافن می‌شود. گرافن به این فرآیند فوق العاده حساس است. در واقع این موضوع از آن جهت بسیار حساس است که تنها یک تک مولکول دی‌ اکسید نیتروژن ‌می‌تواند عامل تغییر اندازه‌گیری شود. سنسور گاز مبتنی بر گرافن با استفاده از این تغییرات الکتریکی اقدام به تشخیص هدف شیمیایی می‌کند.

با این حال، این موضوع این قدرها هم ساده نیست. سنسورهای گازی نیاز به در معرض محیط قرار گرفتن به منظور شناسایی اهداف خاص دارند اما گرافن به طیف گسترده‌ای از مواد شیمیایی که مقاومت الکتریکی آن را به تنهایی در هوای محیط تغییر می‌دهند حساس است. این علت، تشخیص تفاوت بین تغییرات الکتریکی که توسط گازهای هدف و سایر عوامل طبیعی ایجاد می شود را بسیار سخت نماید.

در مطالعه جدید، گروهی از دانشمندان آزمایشگاه ملی فیزیک (NPL)، دانشگاه صنعتی چالمرز و آزمایشگاه تحقیقات نیروی دریایی آمریکا به منظور آشکار شدن اثرات هوای محیط بر روی گرافن، اقدام به بررسی این عامل در یک محیط کنترل شده نمودند.

محققان اثرات نیتروژن، اکسیژن، بخار آب و دی اکسید نیتروژن (با غلظت‌های معمول در هوای محیط) را بر روی گرافن همبافته و در داخل یک محفظه کنترل شده محیطی بررسی کردند. تمامی اندازه گیری‌ها در آزمایشگاه ملی فیزیک و بوسیله میکروسکوپ قدرتمند کلوین پراب به عمل آمد. این ترکیب جدید محققان را قادر خواهد ساخت خصوصیات الکتریکی local و global را به یکدیگر مرتبط بدانند، امری که اثبات آن در گذشته دشوار بوده است.

این مطالعه که در نشریه ۲D Materials به چاپ رسید، به طور تجربی نشان داده است که ترکیبی از گازهای استفاده شده، به طور کامل تاثیراتی که هوای محیط داشته را نداشته اند. حتی در غلظت‌های بالاتر از غلظت‌های موجود در فضای معمولی، تفاوت بزرگی در پاسخ گرافن وجود داشته است. این نتایج در تضاد با مقالات گذشته است که عمدتاً تغییر در خواص الکتریکی گرافن را به این گازها نسبت می‌داد. در اینجا این سئوال پیش می‌آید که چه مواد شیمیایی پر رمز و رازی سبب به وجود آمدن این پاسخ قابل توجه می‌شوند؟

پر واضح است که به دلیل پتانسیل بزرگ سنسورهای گاز مبتنی بر گرافن هنوز هم تحقیقات بسیاری در این حوزه صورت پذیرد. به نظر می‌رسد برای یافتن حلقه‌های گم شده بین اثرات مشاهده شده در آزمایشگاه‌های کنترل شده و اثرات مشاهده شده در هوای محیط نیاز به تحقیقات بیشتری باشد. محققان به مطالعه بر روی روش‌های بهینه سازی دستگاه‌های باریک حساس به اهداف خاص علاقمندند.

منبع: phys.org