يقوم المستشعر الذي طوره فريق من الباحثين من المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا بالكشف عن الملوثات الضارة المنبعثة من الدهانات ومواد التنظيف الجاف ومبيدات الآفات وغيرها من المنتجات - والتي توفر مزايا عديدة مقارنة بأجهزة استشعار الغاز التجارية الموجودة اليوم
قام فريق من الباحثين من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، وجامعتين أمريكيتين أخريين، بتطوير أجهزة استشعار نانومترية قادرة على اكتشاف المركبات العضوية المتطايرة - الملوثات الضارة المنبعثة من الدهانات ومواد التنظيف الجاف ومبيدات الآفات وغيرها من المنتجات - والتي توفر مزايا عديدة مقارنة إلى أجهزة استشعار الغاز التجارية الموجودة اليوم، بما في ذلك القدرة على تشغيلها في درجة حرارة الغرفة وباستهلاك منخفض للطاقة، فضلاً عن القدرة على اكتشاف مركب واحد أو أكثر بتركيزات متنوعة.
يعد البحث، الذي نُشر مؤخرًا، بمثابة "إثبات للمفهوم" لمستشعر الغاز الذي يتكون من أسلاك نانوية واحدة وعناقيد نانوية من أكسيد المعدن مصممة للتفاعل مع مركب عضوي معين. هذا البحث هو المحاولة الأخيرة من بين العديد من الجهود المبذولة في المعهد (NIST) والتي تستخدم الخصائص الفريدة للأسلاك النانوية ومكونات أكسيد المعادن للكشف عن المواد الخطرة.
تحتوي أجهزة استشعار الغاز التجارية الحالية على طبقات رقيقة موصلة للكهرباء مكونة من أكاسيد معدنية. عندما يتفاعل مركب عضوي متطاير، مثل البنزين، مع مادة ثاني أكسيد التيتانيوم، على سبيل المثال، فإن التفاعل الكيميائي يغير التيار المار عبر الطبقة، مما يؤدي إلى إطلاق إنذار مسموع. على الرغم من أن معظم أجهزة الاستشعار المعتمدة على الأغشية الرقيقة فعالة بالفعل، إلا أنه يجب تشغيلها عند درجة حرارة 200 درجة مئوية أو أعلى. ومع ذلك، فإن التسخين المتكرر يمكن أن يؤدي إلى تحطيم المواد التي تشكل الطبقات والوصلات، وهي ميزة تسبب مشاكل في الموثوقية. بالإضافة إلى ذلك، فإن معظم أجهزة الاستشعار التي تعتمد على طبقات رقيقة تعمل في نطاق ضيق: حيث يمكن اكتشاف كمية صغيرة من مادة متطايرة، مثل التولوين، ولكن جهاز الاستشعار لن يتمكن من القيام بذلك إذا تم اكتشاف كمية كبيرة من المادة. أطلق في الهواء. ويمتد نطاق نشاط المستشعرات الجديدة من 50 جزءًا في المليون إلى جزء واحد في المائة، أي XNUMX بالمائة من هواء الغرفة.
تعمل أجهزة الاستشعار الجديدة، التي يتم إنتاجها باستخدام نفس عمليات الإنتاج المستخدمة اليوم لصنع رقائق الكمبيوتر من اللحام، وفقًا لنفس المبدأ، ولكن على نطاق أصغر بكثير: يبلغ سمك أسلاك مادة نيتريد الغاليوم أقل من 500 نانومتر وأقل من عشرة نانومتر. ميكرومتر طويلة. على الرغم من حجمها المجهري، فإن أسلاك ثاني أكسيد التيتانيوم والتجميعات النانوية المستخدمة في طلاءها تتمتع بنسبة عالية من السطح إلى الحجم مما يمنحها حساسية استثنائية.
يوضح أحد الباحثين: "إن التيار الكهربائي الذي يمر عبر مستشعرات النانو لدينا يقع في نطاق الميكرو أمبير، بينما تتطلب المستشعرات العادية ميلي أمبير، لذلك نقوم بتشغيلها باستخدام طاقة وكهرباء أقل". توفر مستشعرات النانو المبتكرة أيضًا موثوقية أعلى وحجمًا أصغر. إنها صغيرة جدًا بحيث يمكن وضعها في أي مكان. لتنشيط ثاني أكسيد التيتانيوم للتفاعل في وجود مركب عضوي متطاير، نستخدم الأشعة فوق البنفسجية بدلاً من الحرارة. علاوة على ذلك، فإن كل سلك من الأسلاك عبارة عن بلورة مفردة لا تشوبها شائبة، بدلاً من مجموعة من النوى البلورية في المستشعرات العادية، لذا فهي أقل عرضة للتفريغ. خلال اختبارات الموثوقية التي أجريت العام الماضي، لم يتم ملاحظة أي أعطال في مستشعر النانو المبتكر.
