חיישנים לגילוי זיהומים בריכוז נמוך

קיים צורך מעשי בגילוי זיהומים אורגניים רבים הנמצאים באוויר ובמי השתייה הקיימים שם בריכוזים נמוכים במיוחד. ממצאי מחקר חדש מאוניברסיטת נוטרה דאם שבמדינת אינדיאנה, ארה”ב, עשויים להיות חשובים למטרה זו.

מדעני המחקר עשו שימוש בסקפטרוסקופיית ראמאן מוגברת-משטח על מנת לנצל את תכונותיהם של ננו-חלקיקי כסף לשם הגברת סף הרגישות של חיישן כימי. החוקרים הכינו שכבת גרפן-מתכת מוליכה למחצה בעלת יתרון מובהק: הספיחה של מולקולות אורגניות על גבי משטח הגרפן מגבירה את הריכוז המקומי של המזהמים הסמוכים לחלקיקי הכסף.

החוקרים בחנו את השימוש בשכבות של תחמוצת גרפן שאליהן קשורים ננו-חלקיקים של דו-תחמוצת הטיטאניום וננו-חלקיקים של מתכת משני עברי המשטח. “כרגע אנו בוחנים את האפשרות למדוד כמויות עוד יותר נמוכות של מזהמים בסביבה,” אומר החוקר הראשי. “בקרה קפדנית של גודל המתכת ויכולת הנשיאה שלה תהיה המפתח לשיפור היעילות של התקנים לבחינת איכותם של מים.”

בעקבות הקרנה של אור על-סגול האלקטרונים מדו-תחמוצת הטיטאניום נלכדים בשכבה של תחמוצת הגרפן וגורמים לחיזורם של יוני המתכת לננו-חלקיקי מתכת. תהליך דילוג זה של האלקטרונים לרוחב שכבת דו-תחמוצת הטיטאניום מאפשר את התכנון של מבנים חדשים המורכבים מננו-חלקיקי מתכת ומוליכים למחצה.

גרפן, צורה גבישית דו-ממדית של פחמן, ידוע בזכות חוזקו המכני יוצא הדופן, המוליכות התרמית והחשמלית הגבוהה מאוד שלו ושימושיו ביישומים מגוונים. למרות שתכונות המוליכות של שכבות גרפן המקובעות למשטחים שונים מובנות כהלכה, צוות החוקרים הדגים כי זרימת האלקטרונים אינה מוגבלת למישור דו-ממדי בלבד. במקרה זה, הדילוג של האלקטרונים מעברו האחד של הגרפן לעברו השני מאפשר חיבור מוגדר של ננו-חלקיקי כסף במבנה תלת-ממדי.

“יישום אפשרי נוסף לממצאי המחקר שלנו הוא בתחום של ייצור פוטו-קטליטי של דלקים סולאריים,” מציין החוקר הראשי. “לדוגמה, ע”י מיקום ננו-חלקיקים מוליכים למחצה על צידה האחד של שכבת הגרפן וזרז מתכתי על צידה השני, ניתן ליצור מערך משולב המסוגל לפצל מים באופן בררני לחמצן ולמימן.” הידיעה על המחקר