גלאי מהיר ורגיש לזיהוי מימן

מדענים הצליחו לפתח גלאי מימן מהיר במיוחד המסוגל לאתר גז מימן בריכוזים שמתחת לאחוז אחד, וזאת תוך פחות משבע שניות. בנוסף, הגלאי מסוגל לאתר גז מימן ברמות של מאות חלקים למיליון בתוך שישים שניות ובטמפרטורת החדר.

תא דלק מימני של חברת טויוטה שהוצג בתערורכה בניו יורק ב-2014. צילום: Joseph Brent.
תא דלק מימני של חברת טויוטה, 2014. גז מימן נחשב כמקור אנרגיה ידידותי לסביבה מהדור הבא. יחד עם זאת, מימן הינו גז דליק העלול לגרום לפיצוץ, אפילו בחשיפה לניצוץ זעיר, ומכאן חשיבותם של גלאים המסוגלים לאתר במהירות את גז המימן נטול הריח והצבע. צילום: Joseph Brent.

[תרגום מאת ד"ר נחמני משה]

חוקרים מאוניברסיטה בקוריאה (KAIST) הצליחו לפתח גלאי מימן מהיר במיוחד המסוגל לאתר גז מימן בריכוזים שמתחת לאחוז אחד, וזאת תוך פחות משבע שניות. בנוסף, הגלאי מסוגל לאתר גז מימן ברמות של מספר מאות חלקים למיליון (ppm) בתוך שישים שניות ובטמפרטורת החדר. הגלאי עצמו מבוסס על מערך של ננו-חוטי פלאדיום שעל פניהם נמצאת שכבה של 'שלדות אורגנו-מתכתיות' (MOFs).

גז מימן נחשב כמקור אנרגיה ידידותי לסביבה מהדור הבא. יחד עם זאת, מימן הינו גז דליק העלול לגרום לפיצוץ, אפילו בחשיפה לניצוץ זעיר. מבחינת בטיחות, הסף הנמוך ביותר לפיצוץ עבור גז מימן נקבע על ערך של 4% נפחי, כך שגלאים אמורים לאתר את מולקולת המימן חסרת הריח והצבע במהירות.  באה לידי ביטוי בקווים מנחים שנוסחו לאחרונה על ידי משרד האנרגיה של ארה"ב. בהתאם להנחיות אלו, גלאי מימן אמור לאתר רמה של 1% (נפחי) גז מימן באוויר בפחות משישים שניות לשם השגת זמני תגובה ראויים.

ננו-חוטי פלאדיום המצופים בשלדה אורגנו-מתכתית מאפשרים זיהוי מדויק ומהיר של מולקולות מימן הנכלאות בינות לנקבוביות הנוצרות במערכת [באדיבות KAIST]
ננו-חוטי פלאדיום המצופים בשלדה אורגנו-מתכתית מאפשרים זיהוי מדויק ומהיר של מולקולות מימן הנכלאות בינות לנקבוביות הנוצרות במערכת [באדיבות KAIST]
במטרה להתגבר על המגבלות של גלאי מימן המבוססים על פלאדיום, החוקרים מיקמו שכבת MOF על פני השטח החיצוני של מערך ננו-חוטי פלאדיום. ננו-חוטי הפלאדיום פשוט צופו בשכבה נוספת של שלדת אימידאזול זאוליטית (ZIF-8) המורכבת מיוני אבץ וליגנדות אורגניות. לאור העובדה כי השלדה מסוג ZIF-8 הינה חומר נקבובי ביותר המורכב ממספר מיקרו-נקבים בגדלים של 0.34 וכן 1.16 ננומטרים, גז המימן, שלו קוטר של 0.289 ננומטרים, יכול לחדור בקלות לתוך קרומית השלדה, בעוד שמולקולות גדולות יותר מ-0.34 ננומטרים מנופות ולא חודרות לתוך קרומית השלדה. לפיכך, המסנן מסוג ZIF-8 הנמצא על גבי ננו-חוטי הפלאדיום מאפשר חדירה בעיקר של מולקולות מימן, תוצאה המולידה האצה של לפחות פי 20 במהירות התגובה והחישה של מימן, זאת בהשוואה לגלאים קיימים.

החוקרים מקווים כי גלאי מימן מהיר במיוחד זה יוכל להיות שימושי במניעת תקריות פיצוץ הנגרמות בשל דליפה של גז מימן. בנוסף, החוקרים מקווים כי מערכות דומות תוכלנה לאתר גזים מזיקים אחרים הנמצאים באוויר באופן מדויק ובמהירות באמצעות ננו-סינון מסוג כזה. ממצאי המחקר פורסמו זה מכבר בכתב העת המדעי Applied Materials and Interfaces.

הידיעה על המחקר

תקציר המאמר

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

תגובה אחת

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

דילוג לתוכן