ابداع حسگر تنفسی برای تشخیص گازهای سمی

به نقل از فیز، این گروه پژوهشی به سرپرستی «سونگوون لی»(Sungwon Lee) استاد «موسسه علوم و فناوری دائگو گیونگبوک»(DGIST) با اعمال مستقیم نانودیواره‌های گرافین روی نانوفیبرهای پلیمری، یک ساختار سلسله‌مراتبی نانو روی نانو را به وجود آوردند و با موفقیت از این ساختار برای افزایش عملکرد حسگرهای گازی پوشیدنی استفاده کردند. انتظار می‌رود این فناوری در حسگرهای پوشیدنی نسل بعدی برای نظارت در لحظه بر محیط‌های تنفسی افراد یا گازهای خطرناک در محیط‌های صنعتی به کار رود.

علاقه به حسگرهای پوشیدنی که می‌توانند به پوست یا ماسک متصل شوند تا گازهای خطرناک موجود در محیط اطراف را به صورت در لحظه تشخیص دهند، در سال‌های اخیر رو به افزایش بوده است. برای استفاده بلندمدت، این حسگرها باید سبک و انعطاف‌پذیر باشند و در عین حال به هوا و رطوبت اجازه عبور بدهند.

علاوه بر این، حسگرها باید قادر به تشخیص سریع حتی مقادیر بسیار کم گازها باشند. نانوتوری‌های ساخته‌شده از نانوالیاف پلیمری، قابلیت تنفس و انعطاف‌پذیری عالی را ارائه می‌دهند اما محدودیت‌هایی در مساحت و عملکرد دارند. از آنجا که پلیمرها در برابر گرما آسیب‌پذیر هستند، تشکیل مستقیم نانومواد کربنی کاربردی مانند گرافین که به پردازش در دمای بالا نیاز دارند، روی سطوح آنها دشوار است.

پژوهشگران برای غلبه بر این محدودیت‌ها، روشی را برای تشکیل مستقیم نانودیواره‌های گرافین روی سطح یک نانوتوری سه‌بعدی متشکل از نانوفیبرهای پلیمری مقاوم در برابر حرارت ابداع کردند. آنها با استفاده از رسوب بخار شیمیایی پلاسما در دمای پایین و نانوفیبرهای مقاوم در برابر حرارت، با موفقیت نانودیواره‌های گرافین در جهت‌ عمودی را در امتداد سطوح فیبرها تشکیل دادند و در عین حال، ساختار نانوفیبرها را حفظ کردند. این امر به طور قابل توجهی سطح موجود برای تعامل با گازها را افزایش داد و در عین حال، قابلیت تنفس و انعطاف‌پذیری نانوتوری را حفظ کرد.

همچنین، این گروه پژوهشی به طور ویژه مشخص کردند که نانودیواره‌های گرافین نه تنها مساحت سطح حسگر را افزایش می‌دهند، بلکه یک اثر محصورسازی ایجاد می‌کنند که باعث می‌شود مولکول‌های گاز مدت بیشتری را در فضاهای باریک بین نانودیواره‌ها باقی بمانند. آزمایش‌ها و شبیه‌سازی‌های انتقال گاز نشان داد که در نانودیواره‌های گرافین، مسیرهای حرکت و برخوردهای محلی مولکول‌های گاز افزایش می‌یابد و در نتیجه، تعاملات فعال‌تری بین سطح گرافین و مولکول‌های گاز ایجاد می‌شود.

این پژوهش در مجله «Advanced Fiber Materials» به چاپ رسید.