חיישן מבוסס ננו-חוט לאיתור תרכובות אורגניות נדיפות

החיישן שפיתח צוות חוקרי המכון הלאומי האמריקני לתקנים וטכנולוגיה מגלהמזהמים מזיקים הנפלטים מצבעים, מחומרים לניקוי יבש, ממדבירי מזיקים וממוצרים נוספים – המספקים מספר יתרונות בהשוואה לחיישני גז מסחריים הקיימים היום 

תמונת מיקרוסקופ אלקטרוני סורק של מקטע חיישן גז המורכב מננו-חוט מוליך-למחצה של גאליום ניטריד. ננו-החוט, שעוביו פחות מ- 500 ננומטרים, מצופה בננו-צברים של דו-תחמוצת הטיטאניום, אשר משנים את הזרם העובר בננו-החוט בנוכחות של תרכובת אורגנית נדיפה ובחשיפה לקרינה על-סגולה. באדיבות: NIST
תמונת מיקרוסקופ אלקטרוני סורק של מקטע חיישן גז המורכב מננו-חוט מוליך-למחצה של גאליום ניטריד. ננו-החוט, שעוביו פחות מ- 500 ננומטרים, מצופה בננו-צברים של דו-תחמוצת הטיטאניום, אשר משנים את הזרם העובר בננו-החוט בנוכחות של תרכובת אורגנית נדיפה ובחשיפה לקרינה על-סגולה. באדיבות: NIST

צוות חוקרים מהמכון הלאומי לתקנים ולטכנולוגיה, ומשתי אוניברסיטאות נוספות מארה"ב, פיתח חיישנים ננומטריים המסוגלים לאתר תרכובות אורגניות נדיפות – מזהמים מזיקים הנפלטים מצבעים, מחומרים לניקוי יבש, ממדבירי מזיקים וממוצרים נוספים – המספקים מספר יתרונות בהשוואה לחיישני גז מסחריים הקיימים היום, כולל היכולת להפעילם בטמפרטורת החדר ובצריכת אנרגיה נמוכה, וכן היכולת לאתר תרכובת אחת או יותר במגוון ריכוזים.

המחקר, שפורסם לאחרונה, מהווה "הוכחת רעיון" לחיישן גז המורכב מננו-חוט יחיד וננו-צברים של תחמוצת מתכת שנועד להגיב עם תרכובת אורגנית מסוימת. מחקר זה הינו הניסיון האחרון מתוך מספר מאמצים שנעשו במכון (NIST) המנצלים את התכונות הייחודיות של רכיבי ננו-חוטים ותחמוצת מתכת לשם איתור חומרים מסוכנים.

חיישני גז מסחריים עכשוויים מכילים שכבות דקיקות מוליכות חשמל המורכבות מתחמוצות מתכת. כאשר תרכובת אורגנית נדיפה, כגון בנזן, מגיבה עם החומר דו-תחמוצת הטיטאניום, לדוגמה, תגובה כימית משנה את הזרם העובר דרך השכבה, תוך ייזום התראה קולית. למרות שרוב החיישנים המבוססים על שכבות דקיקות אכן יעילים, חייבים להפעיל אותם בטמפרטורה של 200 מעלות צלזיוס ומעלה. אולם, חימום תכוף עלול לפרק את החומרים המרכיבים את השכבות ואת החיבורים, תכונה הגורמת לבעיות מהימנות. בנוסף, רוב החיישנים המבוססים על שכבות דקיקות פועלים בטווח צר: ניתן לאתר כמות מועטה של חומר נדיף, כגון טולואן, אולם החיישן לא יצליח לעשות כן באם השתחררה כמות גדולה מהחומר לאוויר. טווח פעילותם של החיישנים החדשים משתרע מ- 50 חלקים למיליון ועד חלק אחד למאה, כלומר אחוז אחד, מהאוויר בחדר.

החיישנים החדשים, המיוצרים באמצעות אותם תהליכי ייצור המשמשים היום להכנת שבבי מחשבים מצורן, פועלים בהתאם לאותו עיקרון, אולם בקנה-מידה הרבה יותר קטן: חוטי החומר גאליום ניטריד הם בעלי עובי של פחות מ- 500 ננומטרים ובאורך של פחות מעשרה מיקרומטרים. למרות גודלם המיקרוסקופי, ננו-החוטים וננו-צברי דו-תחמוצת הטיטאניום המשמשים ציפוי שלהם, הם בעלי יחס שטח-פנים לנפח גבוה המקנה להם רגישות יוצאת דופן.

"הזרם החשמלי העובר דרך ננו-החיישנים שלנו מצוי בטווח המיקרואמפרים, בעוד שחיישנים רגילים מחייבים מיליאמפרים, כך שאנו מפעילים אותם באמצעות פחות אנרגיה וחשמל" מסביר אחד מהחוקרים. ננו-החיישנים החדשניים מציעים גם אמינות גבוהה יותר וגודל זעיר יותר. הם כה זעירים כך שניתן למקם בכל מקום. כדי לשפעל את דו-תחמוצת הטיטאניום כדי שתגיב בנוכחות תרכובת אורגנית נדיפה, אנו משתמשים בקרינה על-סגולה במקום בחום. זאת ועוד, כל אחד מהחוטים הוא חד-גביש נטול-פגמים, וזאת במקום אוסף של גרעיני גבישים בחיישנים רגילים, כך שהם פחות רגישים לפרוק. במהלך ניסויי אמינות שנערכו בשנה החולפת, בננו-החיישן החדשני לא נצפו כל כשלים.

הידיעה על המחקר

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

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן