arisff
5th November 2015, 04:18 PM
http://cdn.phys.org/newman/csz/news/800/2015/1-ultrasensiti.jpg
سنسورهای گازی فوق حساس برپایه تزریق اتم های بور داخل گرافن، به لطف تلاش های یک تیم تحقیقاتی بین امللی از 6 کشور جهان، احتمالا بزودی ساخته شوند.
گرافن به خاطر استحکام و توانایی اش در جابجایی الکترون ها با سرعت بالا، شناخته شده است، اما این ماده ، یک حسگر گازی بسیار حساس نیز هست. با افزودن اتم های بور، حسگرهای بور-گرافن قادر به تشخیص مولکول گازهای مضر در غلظت بسیار کم است. این دقت در مورد اکسیدهای نیتروژن در حد قسمت در میلیارد (ppb) و در مورد آمونیاک در حد قسمت در میلیون (ppm) است که تا به امروز تست شده اند. و این یعنی 27 برابر حساسیت بیشتر در برای اکسیدهای نیتروژن و 10.000 برابر حساسیت بیشتر برای آمونیاک، در مقایسه با حسگر گرافنی محض (بدون بور). محققان بر این باورند که نتایج نشان داده شده اخیر ، احتمالا در آینده ، مسیر را برای حسگرهایی با عملکرد بالا که قادر به تشخیص مقادیر جزئی از ملکول های دیگر هستند را خواهد گشود.
مورسیو ترونز (استاد فیزیک، شیمی و علم مواد در Penn State): "این پروژه ای هست که ما در چهار سال گذشته به دنبال آن بودیم. ما قبلاً موفق به آلایش گرافن با اتم های نیتروژن شده بودیم ولی آلایش با اتم بور، چالش بسیار سخت تری بود. زمانی که ما موفق به سنتز چیزی شدیم که به باور ما بور-گرافن بود، با متخصصانی از ایالات متحده آمریکا و سایر کشورها ، همکاری کردیم تا تحقیقاتمان را تأیید و مشخصات ماده ما را بررسی کنند."
در جدول تناوبی، هر دو عنصر بور و نیتروژن در کنار اتم کربن قرار گرفته اند و همین امر ، جایگزینی نیتروژن با بور را امکان پذیر می سازد. ولی ترکیبات بور در برابر هوا بسیار حساس هستند و هنگام قرار گرفتن در معرض هوا، فوراً تجزیه می شوند. ورقه ای یک سانتیمتر مربعی در Penn State و در یک دستگاه رسوب بخار شیمیایی، سنتز شدند. نتیجه ، ورقه های گرافنی آلایش شده با بور با مساحت و کیفیت بالا بود.
زمانی که ماده مورد نظر ساخته شد، محققان، نمونه بور-گرافن را برای محققانی در موسسه تحقیقاتی هوندا در آمریکا ، ارسال کردند تا نمونه ها را در برابر حسگرهای گازی فوق حساس خودشان آزمایش کنند. آزمایشگاه کنستانتین نوسلوو در دانشگاه منچستر انگلستان، مکانیزم حامل را در حسگرها مطالعه کرده است. نوسلوو ، برنده جیزه نوبل فیزیک در سال 2010 است. همکاران نظریه پرداز در آمریکا و بلژیک، تصاویر میکروسکوپ تونلی روبشی را با یافته های تجربی ، تطبیق داده و حضور اتم های بور را در شبکه گرافن و تأثیر آنها در هنگام تعامل با مولکول های نیتروژن اکسید و آمونیاک را تأیید کردند. همچنین همکارانی از چین و ژاپن نیز به تحقیات کمک کردند.
آوتیک هاروتینیان (دانشمند ارشد و رهبر پروژه) : "این تحقیق چند رشته ای، راه جدیدی را برای اکتشافات بعدی در مورد سنسورهای گازی فوق حساس ، هموار ساخت."
منبع خبر : phys.org (http://phys.org/news/2015-11-ultrasensitive-sensors-boron-doped-graphene.html)
منبع مقاله : pnas.org (http://pnas.org)
سنسورهای گازی فوق حساس برپایه تزریق اتم های بور داخل گرافن، به لطف تلاش های یک تیم تحقیقاتی بین امللی از 6 کشور جهان، احتمالا بزودی ساخته شوند.
گرافن به خاطر استحکام و توانایی اش در جابجایی الکترون ها با سرعت بالا، شناخته شده است، اما این ماده ، یک حسگر گازی بسیار حساس نیز هست. با افزودن اتم های بور، حسگرهای بور-گرافن قادر به تشخیص مولکول گازهای مضر در غلظت بسیار کم است. این دقت در مورد اکسیدهای نیتروژن در حد قسمت در میلیارد (ppb) و در مورد آمونیاک در حد قسمت در میلیون (ppm) است که تا به امروز تست شده اند. و این یعنی 27 برابر حساسیت بیشتر در برای اکسیدهای نیتروژن و 10.000 برابر حساسیت بیشتر برای آمونیاک، در مقایسه با حسگر گرافنی محض (بدون بور). محققان بر این باورند که نتایج نشان داده شده اخیر ، احتمالا در آینده ، مسیر را برای حسگرهایی با عملکرد بالا که قادر به تشخیص مقادیر جزئی از ملکول های دیگر هستند را خواهد گشود.
مورسیو ترونز (استاد فیزیک، شیمی و علم مواد در Penn State): "این پروژه ای هست که ما در چهار سال گذشته به دنبال آن بودیم. ما قبلاً موفق به آلایش گرافن با اتم های نیتروژن شده بودیم ولی آلایش با اتم بور، چالش بسیار سخت تری بود. زمانی که ما موفق به سنتز چیزی شدیم که به باور ما بور-گرافن بود، با متخصصانی از ایالات متحده آمریکا و سایر کشورها ، همکاری کردیم تا تحقیقاتمان را تأیید و مشخصات ماده ما را بررسی کنند."
در جدول تناوبی، هر دو عنصر بور و نیتروژن در کنار اتم کربن قرار گرفته اند و همین امر ، جایگزینی نیتروژن با بور را امکان پذیر می سازد. ولی ترکیبات بور در برابر هوا بسیار حساس هستند و هنگام قرار گرفتن در معرض هوا، فوراً تجزیه می شوند. ورقه ای یک سانتیمتر مربعی در Penn State و در یک دستگاه رسوب بخار شیمیایی، سنتز شدند. نتیجه ، ورقه های گرافنی آلایش شده با بور با مساحت و کیفیت بالا بود.
زمانی که ماده مورد نظر ساخته شد، محققان، نمونه بور-گرافن را برای محققانی در موسسه تحقیقاتی هوندا در آمریکا ، ارسال کردند تا نمونه ها را در برابر حسگرهای گازی فوق حساس خودشان آزمایش کنند. آزمایشگاه کنستانتین نوسلوو در دانشگاه منچستر انگلستان، مکانیزم حامل را در حسگرها مطالعه کرده است. نوسلوو ، برنده جیزه نوبل فیزیک در سال 2010 است. همکاران نظریه پرداز در آمریکا و بلژیک، تصاویر میکروسکوپ تونلی روبشی را با یافته های تجربی ، تطبیق داده و حضور اتم های بور را در شبکه گرافن و تأثیر آنها در هنگام تعامل با مولکول های نیتروژن اکسید و آمونیاک را تأیید کردند. همچنین همکارانی از چین و ژاپن نیز به تحقیات کمک کردند.
آوتیک هاروتینیان (دانشمند ارشد و رهبر پروژه) : "این تحقیق چند رشته ای، راه جدیدی را برای اکتشافات بعدی در مورد سنسورهای گازی فوق حساس ، هموار ساخت."
منبع خبر : phys.org (http://phys.org/news/2015-11-ultrasensitive-sensors-boron-doped-graphene.html)
منبع مقاله : pnas.org (http://pnas.org)