نانو سنسور فوق سریع و حساس به گاز هیدروژن

نانو سنسور فوق سریع و حساس به گاز هیدروژن

کد خبر: ۶۰۷۱۰۲

تاریخ انتشار:۲۹ سپتامبر ۲۰۱۷

یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه KAIST، تحت سرپرستی پروفسور کیم از دانشکده مهندسی مواد این دانشگاه و با همکاری پروفسور پِنِر از دانشگاه California-Irvine، موفق به ساخت سنسور فوق سریع و حساس به هیدروژن شده‌اند که می‌تواند سطح کمتر از ۱% هیدروژن را در کمتر از ۷ ثانیه تشخیص دهد. این سنسور همچنین می‌تواند غلظت چند صد ppm از گاز هیدروژن را ظرف ۶۰ ثانیه در دمای اتاق اندازه‌گیری کند. این سیستم تشخیص فوق‌سریع گاز هیدروژن مبتنی بر نانو سیم‌های پالادیوم و پوشیده شده با یک چارچوب فلزی آلی (Metal-Organic Framework) می‌باشد.

هیدروژن به عنوان نسل بعدی از منابع انرژی که با محیط‌زیست نیز سازگاری دارد، مورد توجه قرار گرفته است. در عین حال، این گاز قابل اشتعال بوده و می‌توان حتی با یک جرقه کوچک منجر به انفجار شود. برای ایمنی، حد پایین انفجار برای گاز هیدروژن ۴% حجمی می‌باشد. بنابراین این سنسور توانایی شناسایی سریع این مولکول‌های بدون رنگ و بو را دارد. اهمیت سنسور هایی که قادر به تشخیص سریع این گازها هستند، به دنبال دستورالعمل‌های اخیر وزارت انرژی ایالات متحده، بیشتر شوده است. بر اساس این دستورالعمل، سنسورهای هیدروژن باید ۱% حجمی از این گاز را در کمتر از ۶۰ ثانیه تشخیص دهند.

برای غلبه بر محدودیت سنسورهای هیدروژنی مبتنی بر پالادیوم، این تیم تحقیقاتی لایه‌ای از MOF بر روی یک لایه از نانو سیم‌های پالادیوم، طراحی کرده است. نانو سیم‌های پالادیوم، به سادگی با الگوی چاپی بر پایه فلز روی، توسط لایه زئولیت ایمیدازول (ZIF-8) پوشیده شده‌اند. این لایه‌ها از یون‌های روی و پیوندهای آلی تشکیل شده است. فیلم ZIF-8 به راحتی بر روی نانو سیم‌های پلاتین در محلول Zn (NO3)2·۶H2O و  ۲-methylimidazole پوشش داده می‌شود.

سرعت بالای تشخیص وجود هیدروژن

این ZIF-8 ستنز شده بسیار متخلخل بوده که از حفراتی با اندازه‌های ۰.۳۴ الی ۱.۱۶ نانومتر تشکیل شده است. گاز هیدروژن با قطر ۰.۲۸۹ نانومتر می‌توانند به راحتی در داخل غشاء ZIF-8 نفوذ کند. بنابراین فیلتر ZIF-8 در نانو سیم‌های روی منجر به نفوذ اغلب مولکول‌های هیدروژن شده و به دنبال آن، سرعت پاسخ گویی این حسگرها در مقایسه با حسگرهای هیدروژن بر پایه روی یا نانو سیم‌های بکر، ۲۰ برابر سریع‌تر خواهد بود.

پروفسور کیم انتظار دارد که سنسور فوق سریع هیدروژن بتواند برای پیشگیری از حوادث منجر به انفجار ناشی از نشت گاز هیدروژن، مفید باشد. علاوه بر این، انتظار می‌رود که سایر گازهای مضر موجود در هوا را بتوان از طریق این نانو فیلترها، با لایه‌های متفاوتی از MOF، با دقت بالایی شناسایی کرد.

 

منبع:

https://www.sciencedaily.com/releases/2017/09/170929092955.htm

 

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *