ساخت نانوحسگری با قابلیت تنظیم حساسیت به صدا

به گزارش گروه علم و فناوری آنا از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، دسته‌ای از مواد با نام مواد پیزوالکتریک وجود دارند که می‌توانند تغییر شکل‌ها و فشارهای مکانیکی را به جریان الکتریکی تبدیل کنند. این مواد به عنوان حسگر تغییر شکل، نیروی مکانیکی و ارتعاشات، به صورت کیفی و کمی به کار گرفته می‌شوند.

از طرف دیگر، مواد پیزوالکتریک در صورت اعمال جریان الکتریسیته بر آنها، قادر به تغییر شکل و تولید نیروی مکانیکی نیز هستند که خاصیت عکس پیزوالکتریک است. کاربردهای متدوال این خاصیت‌ها، استفاده در ساخت میکروفون و بلندگو است. علاوه بر این، این مواد خاصیت پایروالکتریک را نیز از خود نشان می‌دهند. این اثر قابلیت تبدیل گرما به جریان الکتریکی را دارد که سبب استفاده‌ این مواد در کاربردهایی مانند دوربین‌های دید در شب می‌شود.
دکتر علی اکبر یوسفی، عضو هیات علمی پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، در معرفی کار انجام شده در این طرح عنوان کرد: «در این پژوهش با استفاده از دو نانوماده‌ نانورس و نانولوله کربنی و پلیمر پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF)، توانستیم طی فرایند الکتروریسی به نمدی از این نانوکامپوزیت هیبریدی دست پیدا کنیم که با تغییر درصد مواد نانو، خواص جذب صوت آن در فرکانس‌های مختلف متفاوت می‌شود. پلیمر انتخاب‌شده جهت ساخت حسگر از پلیمرهای اصلی نشان دهنده خاصیت پیزو و پایروالکتریک است».
وی در ادامه با اشاره به این که حسگرهای پیزوالکتریک از نیازهای اصلی صنایع پیشرفته مانند حسگر تعیین کننده‌ی مقدار تغییر شکل و مقدار نیرو در دستگاه‌های کشش مکانیکی و مقابله به ایجاد ارتعاش در هواپیما هستند، افزود: «برای تهیه این حسگرها باید چندین مرحله فرایند اکستروژن، کشش سرد و پلاریزه کردن را به صورت جداگانه و با بازده کم انجام داد. یکی از برتری‌های مهم این طرح در این است که جهت ساخت این حسگر، هردو عملیات مرسوم کشش و پلاریزه کردن حذف شدند و حسگر پیزوالکتریک تنها طی یک فرایند حاصل شد».
قابلیت تنظیم حساسیت در محدوده‌های فرکانسی مختلف و حساسیت بالاتر نسبت به سایر نمونه‌های موجود، از دیگر ویژگی‌های ممتاز این حسگر است.
به گفته‌ی یوسفی این محصول می‌تواند در صنایع الکترونیک به عنوان حسگر صوت و گرما استفاده شود. همچنین در حسگرهای دقیق تعیین مقدار نیرو و تغییر شکل در دستگاه‌های آزمایشگاهی کشش (Tensile) و یا در بخش‌های مختلف هواپیما برای نظارت بر عملکرد آن در حین پرواز نیز کاربردی خواهد بود. در عین حال این محصول می‌تواند به میکروفون، هیدروفون و بلندگو نیز تبدیل شود.
یوسفی در پایان اظهار داشت که در این پژوهش از آزمون‌های اسپکتروسکوپی زیرقرمز و «WXRD» و «SAXS» و آزمون‌های عملکردی طراحی شده جهت بررسی خواص حسگر استفاده شده است.
این تحقیقات از همکاری دکتر علی اکبر یوسفی، عضو هیات علمی پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، و مهندس سید مصطفی حسینی، دانش‌آموخته‌ی پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، حاصل شده است.