ساخت نانوحسگری برای تفکیک گازهای نجیب

گرافن به دلیل استحکام، انعطاف پذیری و هدایت الکتریکی بالا، پتانسیل زیادی برای استفاده در حوزه‌های مختلف دارد. یکی از این کاربردها تشخیص گازهای بی‌بو و بی‌رنگ است.

پژوهشگران با قراردادن این نانومواد درون بالن‌های میکروسکوپی آنها را به حسگری تبدیل کرده‌اند که به گفته آنها می‌تواند انواع مختلف گازهای نجیب که به سختی قابل تشخیص هستند، را شناسایی کند. این حسگر با اندازه گیری مدت زمان فرار گازها از حفره‌های بسیار کوچک سطح بالون‌ها، قادر به تشخیص این گازها خواهد بود.

گرافن دارای بسیاری از ویژگی‌های جذاب برای دانشمندان حوزه علم مواد است. بسیاری از محققان در تلاش هستند تا محصولات مختلف از جمله نسل بعدی تراشه‌های کامپیوتری، سلول‌های خورشیدی پیشرفته و میکروفون‌های حساس‌تر را با استفاده از گرافن تولید کنند. اما تیم تحقیقاتی پشت این دستاورد جدید، از دانشگاه صنعتی دلفت و دانشگاه دویسبورگ-اسن ، به دنبال استفاده از دو ویژگی ویژه گرافن بودند.

گرافن با ضخامت فقط یک اتم، فوق العاده نازک است، اما با این وجود قادر به مقاومت در برابر فشار بالا است، که از نظر این تیم تحقیقات، این ویژگی موجب می‌شود تا گرافن برای کار فیلتر و تشخیص گازها مناسب باشد.

اگرچه گرافن نفوذپذیر نیست، اما این تیم با ایجاد حفره‌هایی  با ابعاد 25 نانومتر در گرافن دو لایه، بالن‌های کوچکی ایجاد کردند که از آنها گازهای تحت فشار خارج می‌شود.

برای این کار در ابتدا با استفاده از لیزر گازهای مختلف در داخل بالون گرم شده، منبسط می‌شوند و سپس از طریق سوراخ‌های کوچک فیلتراسیون انجام می شود.

 گازهای مختلف بسته به جرم و سرعت مولکولی آنها با سرعت‌های مختلف از بالون خارج می‌شوند. این باعث می شود که بالن‌ها ابزاری مناسب برای تشخیص گازهای نجیب باشند، گازهایی که معمولا تفکیک آنها بسیار دشوار است چرا که با مواد دیگر واکنش نمی دهند.

ایرک روسوش، پژوهشگر دانشگاه صنعتی دلفت می‌گوید: «بالون را تخلیه کنید و مدت زمان تخلیه بالون را اندازه‌گیری کنید. در چنین مقیاس کوچکی، این اتفاق خیلی سریع رخ می دهد - در حدود یکصد هزارم ثانیه - و جالب اینکه مدت زمان خروج گاز، بستگی زیادی به نوع گاز و اندازه منافذ دارد. به عنوان مثال هلیوم، که یک گاز سبک با سرعت مولکولی بالا است، پنج برابر سریعتر از کریپتون، که گاز سنگینی است، خارج می‌شود.»

این تیم امیدوار است با استفاده از این روش بتوانند  انواع جدید حسگرهایی را بسازند که قابلیت شناسایی گازهای نجیب در مقیاس صنعتی را داشته باشد.

نتایج این تحقیق در مجله Nature Communications به چاپ رسیده است.