استفاده از نقاط کوانتومی در تولید نانوحسگرها بر پایه دکترای نانو _ میکرو الکترونیک
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )
نقاط کوانتومی به عنوان بلورهای نیمه هادی کوچک تعریف میشوند. با کنترل ابعاد نقاط کوانتومی، میدان الکترومغناطیسی، نور را در رنگها و طول موجهای مختلف، منتشر میکند. به عنوان مثال، نقاط کوانتومی از جنس آرسنیدکادمیوم با ابعاد 3 نانومتر نور سبز منتشر میکند؛ در حالیکه ذراتی به بزرگی 5/5 نانومتر از همان ماده نور قرمز را منتشر میکند. به دلیل قابلیت تولید نور در طول موجهای خاص نقاط کوانتومی، این بلورهای ریز در ادوات نوری به کار میروند. در این عرصه از نقاط کوانتومی در ساخت آشکارسازهای مادون قرمز، دیودهای انتشار دهنده ی نور میتوان استفاده نمود. آشکارسازهای مادون قرمز از اهمیت فوق العادهای برخوردارند. مشکل اصلی این آشکارسازها مسئله ی خنک سازی آنها است. برای خنک سازی این آشکارسازها از اکسیژن مایع و خنک سازی الکترونیکی استفاده میشود. این آشکارسازها برای عملکرد صحیح باید در دماهای بسیار پایین، نزدیک به 31 درجه کلوین کار کنند، بنابراین قابل استفاده در دمای اتاق نیستند، در صورتیکه از آشکارسازهای ساخته شده با استفاده از نقاط کوانتومی میتوان به راحتی در دمای اتاق استفاده کرد.
استفاده از نانولوله ها در تولید نانوحسگرها
نانولوله های کربنی تک دیواره و چند دیواره به علت داشتن خواص مکانیکی و الکترونیکی منحصر به فردشان کاربردهای متنوعی پیدا کردند که از جمله میتوان به استفاده از آنها به عنوان حسگرهایی با دقت بسیار بالا برای تشخیص مواد در غلظت های بسیار پایین و با سرعت بالا اشاره کرد.
به طورکلی کاربرد نانولوله ها در حسگرها را میتوان به دو دسته تقسیم کرد:
الف ( نانولوله های کربنی به عنوان حسگرهای شیمیایی: این حسگرها میتوانند در دمای اتاق غلظت های بسیار کوچکی از مولکولهای گازی با حساسیت بسیار بالا را آشکارسازی کنند. حسگرهای شیمیایی شامل مجموعهای از نانولوله های تک دیواره هستند و میتوانند مواد شیمیایی مانند دی اکسید نیتروژن و آمونیاک را آشکار کنند. هدایت الکتریکی یک نانولوله نیمه هادی تک دیواره که در مجاورت 011ppm از دی اکسید نیتروژن قرار داده میشود، میتواند در مدت چند ثانیه تا سه برابر افزایش یابد و به ازای اضافه کردن فقط 0 درصد آمونیاک هدایت دو برابر خواهد شد. حسگرهای تهیه شده از نانولوله های تک دیواره دارای حساسیت بالایی بوده و در دمای اتاق هم زمان واکنش سریعی دارند. این خصوصیات نتایج مهمی در کاربردهای تشخیصی دارند.
ب( نانولوله های کربنی به عنوان حسگرهای مکانیکی: هنگامی که یک نانو لوله توسط جسمی به سمت بالا یا پایین حرکت میکند، هدایت الکتریکی آن تغییر مییابد. این تغییر در هدایت الکتریکی، با تغییر شکل مکانیکی نانولوله کاملاً متناسب است. این اندازه گیری به وضوح امکان استفاده از نانولوله ها را به عنوان حسگرهای مکانیکی نشان میدهد. یا میتوان با استفاده از مواد واسط مانند پلیمرها در فاصله ی میان نانولوله های کربنی و سیستم، نانولوله های کربنی را برای ساخت بیوحسگرها توسعه داد. شبیه سازیهای دینامیکی نشان میدهد که برخی پلیمرها مانند پلی اتیلن میتوانند به صورت شیمیایی با نانولوله کربنی پیوند یابند. همچنین مولکول بنزن نیز میتواند به وسیله ی پیوندهای واندروالس روی نانولوله ی کربنی جذب شود. این تحقیقات کاربردهای بسیار متنوع و وسیع نانولوله های کربنی را نشان میدهد.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )