ساخت نمونه‌های آزمایشگاهی نانوکامپوزیتی با کاربرد در حسگرهای تشخیص گازهای سمی

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از ستاد ویژه توسعه نانو، گاز مونواکسید کربن، گازی بدون رنگ، بو و مزه است و در غلظت‌های بالا به راحتی می‌تواند موجب مرگ انسان شود؛ به همین سبب به قاتل خاموش معروف است. سالانه نشت این گاز در منازل مسکونی موجب مرگ انسان‌های زیادی در سرتاسر جهان می‌شود.

همچنین انتشار این گاز و سایر آلاینده‌های محیطی، منجر به آلودگی روز افزون محیط زیست شده که به شکل مستقیم سلامت انسان‌ها و سایر موجودات را تحت تأثیر قرار می‌دهد. از این‌رو، تشخیص سریع میزان گاز مونواکسید کربن و سایر گازهای سمی در محیط از اهمیت بالایی برخوردار است.

به گفته مهندس علی میرزایی، محقق طرح، هدف از این تحقیق، طراحی یک حسگر گازی با استفاده از نانوکامپوزیت‌ها جهت تشخیص سریع گاز مونواکسید کربن در دمای پایین بوده است. برای این منظور، نمونه‌هایی از یک نانوکامپوزیت ساخته شده و عملکرد آن در تعیین و اندازه‌گیری میزان گاز مونواکسید کربن در محیط مورد ارزیابی قرار گرفته است.

وی پیرامون مزایای حسگرهای تولیدی با این نانوکامپوزیت نسبت به کامپوزیت‌های رایج عنوان کرد: «از عوامل مهم در طراحی یک حسگر مناسب تشخیص میزان مونواکسید کربن و سایر آلاینده‌های گازی موجود، قابلیت عملکرد آن در دمای پایین و مدت زمان کوتاه در شناسایی گاز است. حسگر تولید شده در این پژوهش، علاوه بر حساسیت بالا نسبت به گاز مونواکسید کربن در دمای پایین و در مدت زمان بسیار کوتاه، روش ساخت بسیار ساده‌ای نیز دارد. لذا در مقایسه با سایر حسگرهای تشخیصی موجود حساس‌تر بوده و بازده بالاتری دارد. از طرفی روش ساخت آن مقرون به صرفه است و پیچیدگی چندانی ندارد».

میرزایی با اشاره به نحوه عملکرد نانوکامپوزیت‌های تولیدی در حسگرهای مذکور افزود: «مکانیزم تشخیص گاز در حسگرهای اکسید فلزی بر اساس تغییر مقاومت آن‌ها در حضور گاز است. در واقع پس از جذب گاز روی سطح ذرات اکسید فلزی، مقاومت آن‌ها تغییر می‌کند که از این خاصیت می‌توان برای تشخیص نوع و غلظت گاز استفاده کرد. نانوذرات به علت سطح ویژه بسیار بالاتری که نسبت به اکسیدهای فلزی معمولی دارند، از قابلیت جذب گاز بیشتری روی سطح خود برخوردارند. این امر منجر به حساسیت بیشتر نانو مواد نسبت به دیگر مواد در برابر گاز مونواکسید کربن می‌شود. همچنین استفاده از نانوکامپوزیت به دلیل خواص تقویتی آن‌ در مقایسه با ترکیبات رایج، منجر به تشخیص بهتر گاز می‌شود».

لازم به توضیح است که در این پژوهش جهت ساخت حسگر، نانوذرات In4Sn3O12 و نانوکامپوزیت‌های In4Sn3O12-TeO2 به روش هیدروترمال سنتز شدند. مشخصه‌یابی ساختاری و شیمیایی این نمونه‌ها توسط روش‌های مختلف پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری (TEM)، الکترونی روبشی (SEM)، الکترونی عبوری تونل زنی (STEM) و EDX صورت گرفته است. در نهایت پاسخ گازی حسگرهای متشکل از این نانوکامپوزیت نسبت به گازهای مختلف در دما و غلظت‌های مختلف بررسی شده است.

مهندس علی میرزایی، دانشجوی دکترای مهندسی مواد دانشگاه شیراز و محققانی از دانشگاه Inha کشور کره جنوبی در انجام این طرح همکاری داشته‌اند.