به گزارش خبرنگار علم و فناوری ایسکانیوز به نقل از SciTechDaily؛ مهندسان دانشگاه مک‌کواری در استرالیا با کمک کربن فشرده‌تر نانوحسگرهایی را طراحی کرده‌اند که هم مقرون به‌صرفه‌تر است و هم کارایی و تطبیق‌پذیری بالاتری دارد. محققان ادعا می‌کنند که با روش مذکور به طور قابل توجهی فرآیند کلیدی را در این جهانی چند تریلیون دلاری بهبود بخشند.
این تیم تحقیقاتی به جای فرآیند معمولی که شامل حرارت دادن مواد تا دمای بالاست، از یک قطره اتانول استفاده کردند.
نوشین نصیری، دانشیار سرپرست آزمایشگاه نانوتکنولوژی در دانشکده مهندسی دانشگاه مکواری، می‌گوید: نانوحسگرها معمولاً از میلیاردها نانوذره تشکیل می‌شوند که روی سطح حسگر کوچکی رسوب می‌کنند، اما بیشتر این حسگرها در همان ابتدا کار نمی‌کنند. به این دلیل که نانوذرات به واسطه پیوندهای طبیعی ضعیف به یکدیگر متصل می‌شوند و شبکه‌ای ایجاد می‌کنند، اما آنقدر شکاف بین آنها ایجاد می‌شود که نمی‌توانند به درستی سیگنال‌های الکتریکی را منتقل کنند. بنابراین، حسگر کار نمی‌کند.
دستگاه سان‌واچ
تیم نوشین نصیری این یافته را زمانی کشف کرد که در حال پژوهش روی بهبود عملکرد حسگرهای ماورای بنفش ساعت هوشمندی به نام «سان‌واچ» بود. نصیری بابت فناوری که در سان‌واچ به کار رفته، برنده جایزه Eureka امسال شد. سان‌واچ دستگاهی شبیه به ساعت است که به کاربر خود هشدار می‌دهد در معرض اشعه‌های مضر فرابنفش قرار گرفته است.
به طور کلی، نانوحسگرها از لایه‌هایی از نانوذرات تشکیل شده‌اند که نسبت سطح به حجم آنها زیاد است و در نتیجه نسبت به ماده‌ای که برای شناسایی آن طراحی شده‌اند، بسیار حساس می‌شوند. اما اکثر نانوحسگرها تا زمانی که در یک فرآیند ۱۲ ساعته زمان‌بر و پرمصرف انرژی (در کوره) با استفاده از دمای بالا برای همجوشی لایه‌های نانوذرات گرم نشوند، به طور موثر کار نمی‌کند. در واقع این فرآیند در نانوحسگرها کانال‌هایی ایجاد می‌کند که به الکترون‌ها اجازه عبور از لایه‌ها را می‌دهد تا حسگر کار کند.
نوشین نصیری و جیدن چن از دانشمندان دانشگاه مک‌کواری، قطرات اتانول را روی نانوحسگرها آزمایش می‌کنند
اما به گفته نوشین نصیری، کوره بیشتر حسگرهای مبتنی بر پلیمر را از بین می‌برد و نانوحسگرهای حاوی الکترودهای ریز را، مانند آنهایی که در یک دستگاه نانوالکترونیکی وجود دارد، ذوب می‌کند. از این رو، در حال حاضر نمی‌توان از بسیاری از مواد برای ساخت حسگر استفاده کرد، زیرا آنها تحمل گرمای بالا را ندارند.
در این راستا، محققان دانشگاه مکواری، تکنیک جدیدی را کشف کردند که این فرآیند گرمایشی شدید را دور می زند و به نانوحسگرها اجازه می‌دهد از طیف وسیع‌تری از مواد ساخته شوند.
نصیری می‌گوید: افزودن یک قطره اتانول به لایه حسگر، بدون قرار دادن آن در کوره، به حرکت اتم‌های روی سطح نانوذرات کمک می‌کند و علاوه براین، شکاف‌های بین نانوذرات را از بین می‌برد.
او می‌افزاید: در آزمایش‌هایمان نشان دادیم که اتانول کارایی و پاسخگویی حسگرهای ما را به میزان قابل توجهی بهبود می‌بخشد؛ بدون اینکه حسگرها ۱۲ ساعت حرارت ببیند.
بیشتر بخوانید:
کشف صدها ساختار مرموز در قلب راه شیری توسط یک محقق ایرانی در آمریکا
این روش جدید پس از آن کشف شد که جیدن چن هنگام شستن کوره، به طور تصادفی مقداری اتانول را روی حسگر پاشید. این حادثه معمولا حسگرها را از بین می‌برد، اما او متوجه شد که این حسگر از نمونه‌های دیگری که تا به حال ساخته‌اند، بهتر عمل می‌کند.
با این حال، گروه دکتر نصیری مدت‌ها وقت صرف کردند تا با دقت زیادی مقادیر مختلف اتانول را آزمایش کنند تا متوجه شوند چه حجمی از اتانول باعث بهبود عملکرد حسگرها می‌شود.
نصیری می‌گوید: در آزمایش‌ها متوجه شدیم که ۳ میکرولیتر از اتانول خیلی کم است و هیچ تاثیری ندارد. ۱۰ میکرولیتر هم خیلی زیاد بود و لایه حسگر را به کلی ذوب می‌کرد. پنج میکرولیتر اندازه درستی بود! در نهایت دستورالعملی برای کارکرد نانوحسگرها ایجاد کردیم و آن را با حسگرهای نور فرابنفش و همچنین با نانوحسگرهایی که دی‌اکسید کربن، متان، هیدروژن و موارد دیگر را تشخیص می‌دهند، آزمایش کردیم. نتیجه یکسان بود.
این تیم تحقیقاتی پس از اینکه یک قطره اتانول پنج میکرولیتری را درست کردند، روی یک حسگر چکاندند و متوجه شدند که در حدود یک دقیقه حسگر فعال می‌شود. در واقع با این کار یک فرآیند آهسته و بسیار پرمصرف انرژی را به فرآیند سریع، کم‌مصرف و بسیار کارآمدتر تبدیل کردند.
درباره نوشین نصیری
نوشین نصیری کارشناسی و کارشناسی ارشدش را در رشته مهندسی مواد از دانشگاه تهران گرفته است. در سال ۲۰۱۲ به استرالیا مهاجرت کرده و ادامه تحقیقاتش را در آزمایشگاه پژوهش‌های نانو تکنولوژی دانشگاه ملی استرالیا انجام داده و مدرک دکترای خود را از این دانشگاه دریافت کرده است. دوره پست‌دکتری‌اش را نیز در دانشگاه سیدنی گذرانده و هم‌اکنون دانشیار و رئیس آزمایشگاه نانوتکنولوژی دانشکده فنی دانشگاه مک‌کواری است. او یکی از سوپراستارهای STEM (رشته‌های علوم، فناوری ریاضی، مهندسی و ریاضیات) استرالیاست و تاکنون موفق به دریافت جوائز متعددی از جمله رتبه نخست رقابت AMP Amplify Ignite در سال ۲۰۱۷ و جایزه انتخاب مردمی در بخش نهایی مسابقات معروف تز سه دقیقه‌ای موسوم به 2015 ANU 3MT Grand Final شده است.
انتهای پیام/
نظر شما