حسگری با بالاترین حساسیت در گاز دی‌اکسید نیتروژن

به گزارش مجله خبری نگار،این حسگر دقیقاً می‌تواند گاز سمی دی‌اکسید نیتروژن (NO ۲) را در دمای اتاق با مصرف انرژی کم و حساسیت فوق‌العاده بالا کنترل کند. از این دستاورد می‌توان در زمینه‌های مختلف مانند تشخیص گاز‌های باقیمانده در طی فرآیند تولید نیمه‌هادی‌ها و تحقیقات در مورد کاتالیزور‌های استفاده کرد.

نتایج این تحقیق در قالب مقاله‌ای با عنوان “MOCVD of Hierarchical C-MoS ۲ Nanobranches for ppt-Level NO ۲ Detection در نشریه Small Structures به چاپ رسیده است.

دی اکسید نیتروژن در اثر احتراق سوخت‌های فسیلی ایجاد می‌شود در نتیجه از طریق اگزوز خودرو‌ها یا دود کارخانه وارد جو شده و یکی از دلیل آلودگی هوا و افزایش مرگ و میر انسان‌ها است. در کره جنوبی، میانگین غلظت سالانه دی‌اکسید نیتروژن در هوا ۳۰ ppb (قسمت در میلیارد) تعیین شده است. بنابراین، حسگر‌های بسیار حساس برای تشخیص دقیق گاز‌ها در غلظت‌های بسیار کم مورد نیاز هستند.

این حسگر تازه توسعه یافته، یک حسگر گاز سمی نیمه‌هادی بوده که در آن از نانومواد استفاده شده است. این حسگر عملکرد و قابلیت بهتری در مقایسه با حسگر‌های معمولی نشان می‌دهد. با حساسیت بالا به واکنش‌های شیمیایی، این حسگر جدید می‌تواند NO ۲ را بسیار حساس‌تر از حسگر‌های نیمه‌هادی پیشین شناسایی کند، به طوری که حساسیتی ۶۰ برابر بیشتر از آن‌ها دارد. علاوه بر این، این حسگر در دمای اتاق تولید شده و مصرف انرژی کمی دارد.

در این فناوری از نانومواد دو بعدی دی‌سولفید مولیبدن، MOS ۲، استفاده شده است. بر خلاف ساختار مسطح و دو‌بعدی دی‌سولفید مولیبدن معمولی، این ماده در یک ساختار سه‌بعدی شبیه به شاخه‌های درخت سنتز می‌شود و همین موضوع، حساسیت را افزایش می‌دهد. می‌توان با تنظیم نسبت کربن در مواد اولیه بدون فرآیند اضافی، یک ساختار سه‌بعدی ایجاد کند.

بررسی‌های محققان نشان داد که این حسگر گازی می‌تواند NO ۲ را در جو در غلظت‌های ۵ PPb تشخیص دهد. حد تشخیص محاسبه شده این حسگر ۱٫۵۸ ppt است که بالاترین سطح حساسیت جهان را نشان می‌دهد.

این دستاورد نظارت دقیق NO ۲ در جو را با مصرف انرژی کم امکان‌پذیر می‌کند. این حسگر نه تنها باعث صرفه جویی در وقت و هزینه می‌شود بلکه وضوح عالی را نیز ارائه می‌دهد. انتظار می‌رود با تشخیص غلظت متوسط سالانه NO ۲ و نظارت بر تغییرات در زمان واقعی، این حسگر پایش و بهبود کیفیت هوا کمک کند.

یکی دیگر از ویژگی‌های این فناوری، توانایی آن در تنظیم محتوای کربن در مواد اولیه در سنتز مواد است و از این طریق خواص الکتروشیمیایی را می‌توان تغییر داد. این ویژگی می‌تواند برای توسعه حسگر‌هایی که قادر به تشخیص گاز‌های غیر از NO ۲ هستند، مانند گاز‌های باقیمانده تولید شده در فرآیند‌های تولید نیمه‌هادی استفاده شود.