جدیدترین روش شناسایی گازها ( نجیب یا بی اثر ) در این پژوهش مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت و نتایج این بررسی‌ها در ژورنال Nature Communications به چاپ رسید .
شرح خبر جدیدترین روش شناسایی گازها
دانشمندان دانشگاه فناوری دلفت هلند ( Technische Universiteit Delft ) و دانشگاه دویسبورگ اسن آلمان ( University of Duisburg-Essen ) در تحقیقات جدید خود از حرکت اتمی گرافن نازک برای شناسایی گازهای نجیب استفاده کردند . این گازها از نظر شیمیایی غیرفعال هستند و با مواد دیگر واکنشی نشان نمی‌دهند ؛ همین امر تشخیص آن‌ها را به چالش می‌کشد .
این یافته‌ها در مجله Nature Communications به چاپ رسیده است .
گرافن چیست؟
جدیدترین روش شناسایی گازها بر اساس سنسورهای گرافنی پایه گذاری شده است . گرافن یا گرافین ماده نازکی است که فقط از یک لایه اتم کربن تشکیل شده است .
ضخامت اتمی گرافن ، آن را به یک ماده فیلتر مناسب برای گازها و مایعات تبدیل کرده است .
گرافن به خودی خود نفوذپذیر نیست ؛ اما سوراخ‌ها وحفرات کوچک ، آن را بسیار نفوذپذیر می‌کنند . علاوه بر این ، این ماده از قوی‌ترین مواد شناخته شده است و در برابر فشارهای زیاد مقاومت می‌کند . این دو ویژگی گرافن در کنار هم ، زمینه مناسبی برای ساخت انواع جدید سنسورهای گاز است .
بالونهای نانو یا نانوبالن
دانشمندان توسعه دهنده جدیدترین روش شناسایی گازها ، از بالونهای میکروسکوپی ساخته شده از گرافن دو لایه ( با ضخامت ۰.۷ نانومتر ) ، با حفرات نانویی بسیار کوچک با قطر کمتر از ۲۵ نانومتر ، برای تشخیص و شناسایی گازها استفاده می‌کنند . آن‌ها با استفاده از لیزر ، گاز داخل بالون را گرم کرده و باعث انبساط آن می‌شوند . سپس گاز تحت فشار از طریق سوراخ یا حفرات خارج می‌شود .
Irek Rosłoń پژوهشگر TU Delft بیان کرد : ” یک بادکنک را هنگامی که اجازه می‌دهید هوای آن تخلیه شود ، مجسم کنید . ما زمان تخلیه هوا از بادکنک را اندازه گیری می‌کنیم . در چنین مقیاس کوچکی ، این اتفاق خیلی سریع رخ می‌دهد – در حدود یک صد هزارم ثانیه – و جالب اینکه مدت زمان تخلیه ، بستگی زیادی به نوع گاز و اندازه منافذ دارد . بعنوان مثال هلیوم ، یک گاز سبک با سرعت مولکولی بالا ، پنج برابر سریعتر از کریپتون ، یک گاز سنگین با حرکت آرام ، تخلیه می‌شود ” .
جدیدترین روش شناسایی گازها اجازه می‌دهد تا گازها بر اساس جرم و سرعت مولکولی‌شان شناسایی شوند ؛ که به طور معمول به طیف سنج‌های جرمی زیادی نیاز دارد .
پمپاژ گاز
بالنهای گرافن به طور مداوم توسط یک نیروی اپتوترمال ( Optothermal force ) در فرکانس‌های بالای ۱۰۰ کیلوهرتز هدایت می‌شوند ؛ و باعث می‌شوند تا گاز به سرعت پمپاژ و از طریق منافذ نانو خارج شود . با مشاهده حرکت مکانیکی گرافن می‌توان نفوذ گاز را بررسی کرد . بنابراین می‌توان گفت جدیدترین روش شناسایی گازها مبتنی بر حرکت اتمی یا مکانیکی گرافن عمل می‌کند .
در فرکانس‌های پمپاژ پایین ، گاز زمان زیادی برای خارج شدن دارد و تاثیر قابل توجهی بر حرکت گرافن ندارد . بنابراین غشای گرافنی مقدار کشش ( Drag ) زیادی را در فرکانس‌های پمپاژ بالا تجربه می‌کند ؛ به ویژه هنگامی که دوره یا مدت زمان پمپاژ با زمان معمول برای خروج گاز از بالون مطابقت داشته باشد . با اندازه گیری فرکانس‌های مختلف ، می‌توان قله یا پیک را در کشش پیدا کرد . فرکانس مشاهده شده در پیک مربوط به سرعت نفوذ گاز است .
محققان توسعه دهنده جدیدترین روش شناسایی گازها ، این ایده را برای مطالعه جریان گاز از طریق کانال‌های نانو گسترش دادند . در مجموع ، این کار نشان می‌دهد که چگونه می‌توان از خواص خارق العاده گرافن برای مطالعه دینامیک گاز در مقیاس نانو و همچنین مهندسی انواع جدید حسگرها و دستگاه‌ها استفاده کرد .
این بررسی در آینده می‌تواند دستگاه‌های حسگر کوچک ، کم هزینه و همه کاره را قادر به تعیین ترکیب مخلوط‌های گاز در کاربردهای صنعتی یا نظارت بر کیفیت هوا کند .
خلاصه خبر ” جدیدترین روش شناسایی گازها “
در این پژوهش یک سنسور گاز گرافنی به منظور شناسایی گازهای نجیب یا بی اثر توسعه یافت . این سنسور مبتنی بر گرافن ، توسط یک نیروی اپتوترمال با فرکانس بالا هدایت می‌شوند . از طریق مشاهده حرکت اتمی یا مکانیکی غشای گرافنی می‌توان سرعت نفوذ گازها را تعیین کرد .
برای مشاهده خبرهای تازه علمی به بخش اخبار علمی سایت شرکت پیشگامان توسعه مواد سام مراجعه کنید .
منبع خبر : سایت nano-magazine.com
تاریخ انتشار خبر : ۱۳ آذر ماه ۱۳۹۹
کد خبر : ۲۵۴۵
