גלאים מתקדמים המבוססים על ננו-שפופרות פחמן צפויים לשפר את יכולתנו לדעת מתי אריזת המזון לא בתוקף או מתי האוויר בחדר מסוכן לנשימה. רק אל תבלעו אותם בטעות.
חוקרים מהאוניברסיטה הטכנולוגית של מינכן (TUM) מתקדמים לעבר ייצור זול ותעשייתי של משפחה חדשה של התקנים אלקטרוניים. אחת מהדוגמות המובילות במשפחה זו היא גלאי גז שיוכל להיות מוטמע בתוך אריזות מזון במטרה למדוד את טריות המוצר, או בתוך מכשירי ניטור אל-חוטיים לבדיקת איכות האוויר. בנוסף, הטכנולוגיה תוכל להביא לפיתוחם של סוגים חדשים של תאים סולאריים וטרנזיסטורים גמישים וכן לפיתוח חיישני לחץ וטמפרטורה שיוכלו להיות מותקנים בתוך עור אלקטרוני ביישומים רובוטיים או ביוניים. המפתח לפיתוחים אלו הוא ננו-שפופרות פחמן שאותן ניתן לרסס על גביי יריעות פלסטיק גמישות או סוגי מצעים אחרים.
גלאי הגז הללו מספקים שילוב ייחודי של מאפיינים שאותם לא ניתן היה להשיג עד כה בשום טכנולוגיה חלופית אחרת. גלאים אלו מסוגלים לזהות במהירות ולהגיב באופן רציף לשינויים קטנים בריכוזיהם של גזים שונים, לרבות אמוניה, פחמן דו-חמצני ותחמוצת חנקן. הם אלו פועלים בטמפרטורת החדר וצורכים אנרגיה מועטה בלבד.
בנוסף, טוענים החוקרים התקנים מעין אלו יוכלו להיות מעוגנים על גביי משטחים גמישים באמצעות תהליכים זולים ותעשייתיים. כך ניתן לדמיין כיסויי פלסטיק למזון שבהם נמצאים חיישני גז גמישים וחד-פעמיים שישמשו כמעין "אריזות חכמות" אשר יוכלו לספק אינדיקציה יעילה באשר לטריותו של המזון, וזאת במקום תאריכי התפוגה הנמצאים בשימוש כיום. מדידת ריכוזי הגז פחמן דו-חמצני, לדוגמה, תוכל לסייע בחיזוי מדויק יותר של חיי המדף של מוצרי בשר.
לאריזות חכמות מעין אלה יתרונות רבים: הן תוכלנה להביא להגברת בטיחות המזון ואולי אפילו להפחתת כמות המזון המושלך לפסולת. שימוש נוסף בגלאי גז אלו יוכל להפחית את העלויות של ציוד ניטור לבדיקת איכות האוויר בזמן אמת בתוך מבנים. יחד עם זאת יעבור עוד זמן רב עד אשר הקוטג' שבמקרר יעדכן אותנו כאשר הוא מקולקל: ראשית הצרכנים יצטרכו להתרגל אליהם ולסמוך על המידע הנמדד, ותידרש הוכחה שההתקנים עצמם אינם רעילים לסביבה.
כתבות נוספות שאולי יעניינו אתכם:
לרסס דיו שחור
החוקרים הראו כי אכן ניתן לרסס גלאי גז בעלי ביצועים גבוהים על גביי מצעי פלסטיק גמישים. שיטה זו סוללת את הדרך ליישום מסחרי של גלאים המבוססים על ננו-שפופרות פחמן. "זה ממש פשוט – כמובן, מרגע שאתה יודע כיצד לעשות זאת," אומר פרופסור Paolo Lugli מנהל מכון המחקר הגרמני.
אבן הבניין הבסיסית ביותר של טכנולוגיה זו הינה מולקולה גלילית יחידה – יריעה מגולגלת של אטומי פחמן המחוברים יחדיו בתבנית של יערת דבש (משושים). ננו-שפופרת פחמן כזו ניתנת לחיבור לשם קבלת צינורית ארוכה במיוחד – שפופרת חלולה בקוטר של ננומטרים יחידים ובאורך הגדול פי מיליונים מערך זה. לננו-שפופרות פחמן פרטניות יש תכונות מופלאות ובעלות ערך רב, במיוחד תכונות אלקטרוניות, אולם החוקרים מתמקדים במקרה זה ביישום של כמות גדולה מהן.
ננו-שפופרות פחמן המונחות בצורת שכבות דקיקות ובאופן אקראי יוצרות רשתות מוליכות חשמל היכולות לשמש כאלקטרודות; שכבות מרובדות ובעלות תבניות מוגדרות יכולות לתפקד בתור חיישנים או טרנזיסטורים. "למעשה", מסביר החוקר, "ניתן לשנות את ההתנגדות החשמלית של שכבות כאלו בשתי דרכים: באמצעות שינוי המתח החשמלי המוזרם בהן (לקבלת פעילות של טרנזיסטור) או באמצעות הספיחה של מולקולות גז, שהן בתורן מהוות סימן מובהק וסוג של חתימה באשר לריכוז הגז, תוך קבלת פעילות של גלאי גז."
, בתור בסיס לגלאי גז, ננו-שפופרות פחמן משלבות בתוכן באופן ייחודי יתרונות רבים בהשוואה להתקנים מקובלים יותר בתחום זה, כגון רכיבי אלקטרוניקה אורגניים המבוססים על פולימרים ומוליכים-למחצה במצב מוצק.
החוליה שהייתה חסרה עד כה הייתה שיטת ייצור אמינה, הדירה וזולה של ננו-שפופרות פחמן כאלו. השיטה של 'ריבוץ ברסס' (Spray deposition) יכולה להיות הפתרון. תמיסה מימית של ננו-שפופרות פחמן נראית כמו נוזל של דיו שחור וניתן להשתמש בה בדרכים דומות: ניתן לרסס את ההתקנים הללו – החל מפיות רובוטיות מבוקרות-מחשב ועד אלמנטים גדולים יותר – על גביי כל סוג של מצע, לרבות יריעות נרחבות של פלסטיק גמיש. לפיכך, אין כל צורך במתקנים יקרים הכוללים בתוכם חדרים נקיים (בדומה לתעשיית ייצור השבבים). "היה חשוב עבורנו לפתח שיטה טכנולוגית שניתן להעבירה בקלות לקנה מידה תעשייתי לשם ייצור רכיבי אלקטרוניקה גדולים, מודפסים וגמישים, המבוססים על מוליכים למחצה אורגניים וננו-חומרים," מסביר אחד מהחוקרים. "כך ששיטת הריבוץ ברסס מהווה את ליבת התהליך הטכנולוגי שלנו.". כעת החוקרים יצטרכו להתמודד עם אתגרים טכנולוגיים נוספים הנובעים בעיקר מדרישות ליישומים מוגדרים של הפיתוח כמו למשל הצורך שגלאי הגז יהיו בררניים ככל הניתן, וגם רגישים במיוחד.
לידיעה באתר האוניברסיטה
