ساخت نانوحسگری برای شناسایی دقیق تر گاز ید
به گزارش ما دیجیتال، محققان موفق به توسعه یک ماده کامپوزیتی نوین با نام Ag-PSS-rGO شده اند که می تواند گاز ید (I₂) را در غلظت های پایین با دقت و سرعت بالا شناسایی کند.
به گزارش ما دیجیتال به نقل از مهر، این پروژه که در مجله علمی Nature Communications انتشار یافته است، تلفیقی از اکسید گرافن احیاء شده (rGO)، نانوذرات یدید نقره (AgI) و پلی استایرن سولفونات (PSS) را برای افزایش عملکرد حسگرها معرفی می کند. این پیشرفت می تواند به بهبود شناسایی سریع و انتخابی گازهای مضر کمک نماید.
ید، بخصوص در شکل رادیواکتیو خود، یکی از آلاینده های زیست محیطی خطرناک بحساب می آید. این عنصر به علت فرّار بودن و اثرات زیان بارش، احتیاج به پایش مستمر و دقیق دارد، به ویژه در صنایع هسته ای و مأموریت های فضایی که احتمال قرارگیری در معرض مواد رادیواکتیو بالاست.
روش های رایج شناسایی ید معمولا در غلظت های پایین دقت کافی ندارند و ازاین رو، توسعه سنسورهای پیشرفته تر یک نیاز ضروری بحساب می آید. ترکیب نانوکریستال های نقره با rGO سبب ایجاد یک اثر هم افزایی می شود که حساسیت و انتخاب پذیری سنسور را افزایش داده و چالش های فناوری های موجود را رفع می کند.
در این پژوهش، کامپوزیت Ag-PSS-rGO با استفاده از یک فرایند مونتاژ تک مرحله ای سنتز شد. مراحل آماده سازی شامل موارد زیر بود:
* حل کردن ۸۰ میلی گرم اسید پلی استایرن سولفونیک در ۱۰ میلی لیتر آب دیونیزه.
* افزودن ۴ میلی لیتر از محلول اکسید گرافن (GO).
* افزودن محلول نیترات نقره (AgNO₃) و ترکیبات احیاء کننده(سدیم هیدروکسید و هیدرازین هیدرات) در دمای ۸۰ درجه سانتی گراد.
* فیلتراسیون، شستشو و پخش مجدد ترکیب در آب دیونیزه برای ایجاد یک محلول پایدار جهت ساخت سنسور.
برای ساخت ماژول سنسور، الکترودهای نقره-پالادیوم روی یک زیرلایه سرامیکی آلومینا طراحی و ساخته شدند. سپس محلول Ag-PSS-rGO به روش قطره گذاری و خشک کردن روی این الکترودها اعمال شد تا لایه ای نازک برای سنسور تشکیل گردد.
جهت بررسی خصوصیت های این ترکیب، آزمایش های طیف سنجی فوتوالکترونی اشعه ایکس (XPS)، پراش اشعه ایکس (XRD)، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی (STEM) انجام شد. این تحلیل ها نشان داد که نانوذرات نقره و پلی استایرن سولفونات به صورت موفقیت آمیزی درون ماتریس rGO توزیع شده اند که باعث عملکرد بهینه این ماده در سنسورهای گازی می شود.
برای ارزیابی عملکرد سنسور، آنرا در معرض بخار ید در غلظت های مختلف قرار دادند. نتایج آزمایش ها نشان داد که: سنسور دارای زمان پاسخ دهی سریع ۴.۲ ثانیه و زمان بازیابی ۱۱ ثانیه در غلظت ۲۰۰ ppm است. این سرعت بالا، سنسور را برای تشخیص زودهنگام گازهای سمی در صنایع حساس مانند هوافضا ایده آل می کند. این سنسور دارای رابطه خطی قوی بین پاسخ و غلظت بخار ید است که حد تشخیص آنرا تا ۲۵ ppb کاهش داده است.
سازوکار تشخیص به جذب و واجذب برگشت پذیر ید روی نانوذرات AgI نسبت داده می شود. در این فرایند، نانوذرات AgI همراه با سطح ویژه بالا و هدایت پذیری عالی rGO، منجر به افزایش حساسیت و انتخاب پذیری سنسور می شوند.
در آزمایش های پایداری ۱۰ هفته ای، سنسور عملکرد خویش را بدون کاهش کارآمدی حفظ کرد، حتی در شرایط محیطی مختلف. این مورد نشان داده است که این فناوری برای کاربردهای طولانی مدت مانند پایش ایمنی در محیط های صنعتی و هسته ای مناسب می باشد. حضور PSS سبب پراکندگی بهتر rGO شده و فرایند پردازش را ساده تر می کند، در حالیکه عملکرد کلی سنسور را بهبود می بخشد. با ترکیب خصوصیت های rGO، نانوذرات AgI و PSS، این پژوهش پایه ای برای نسل جدید سنسورهای گازی بوجود می آورد که می توانند در محیط های پرخطر مانند هوافضا، صنایع هسته ای و ایمنی محیطی مورد استفاده قرار گیرند.
منبع: ما دیجیتال
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب