معهد الصوتيات التابع للأكاديمية الصينية للعلوم يطور مستشعرًا جديدًا لثاني أكسيد النيتروجين

أخبار ar.wedoany.com، في 22 يوليو، نجح فريق البروفيسور وانغ ون من معهد الصوتيات التابع للأكاديمية الصينية للعلوم في تطوير مستشعر جديد قادر على الكشف عالي الحساسية لثاني أكسيد النيتروجين في درجة حرارة الغرفة. نُشرت النتائج البحثية ذات الصلة في مجلة "أبحاث النانو" (Nano Research).

يُعد ثاني أكسيد النيتروجين غازًا ضارًا شائعًا في الانبعاثات الصناعية وعوادم السيارات، ويشكل مخاطر محتملة على الجهاز التنفسي البشري والبيئة الإيكولوجية. تتطلب أجهزة الاستشعار التقليدية لثاني أكسيد النيتروجين عادةً تسخينًا بدرجة حرارة عالية لتحقيق حساسية عالية، مما يؤدي إلى مشاكل مثل استهلاك الطاقة المرتفع والاستقرار المحدود. وتُعد تقنية الكشف عن الغازات النزرة التي تعمل بثبات في درجة حرارة الغرفة محورًا بحثيًا رئيسيًا في مجال الرصد البيئي.

قام فريق وانغ ون بشكل مبتكر بدمج مواد عناقيد البلاتين النانوية مع تقنية أجهزة الموجات الصوتية السطحية (SAW)، حيث قاموا بتصنيع عناقيد بلاتينية معدنية بمتوسط حجم يبلغ حوالي 2.4 نانومتر، وتم تحميلها بشكل متجانس على سطح أكسيد الجرافين كطبقة حساسة، ثم دمجها في جهاز خط تأخير الموجات الصوتية السطحية. عندما يتم التقاط جزيئات ثاني أكسيد النيتروجين بواسطة الطبقة الحساسة، يحدث انتقال للإلكترونات، ويقوم جهاز الموجات الصوتية السطحية بتحويل عملية الامتزاز إلى إشارات كهربائية قابلة للقياس من خلال تأثيرات التحميل الكتلي والاقتران الصوتي الكهربائي.

تُظهر البيانات التجريبية أن هذا المستشعر قادر على الكشف عن تركيزات منخفضة من ثاني أكسيد النيتروجين تصل إلى 20 جزءًا في المليار (ppb) في درجة حرارة الغرفة، بحساسية تبلغ 45.4 مللي فولت لكل جزء في المليون (ppm)، وحد كشف نظري يبلغ حوالي 6 ppb، وزمن استجابة يبلغ حوالي 50 ثانية. يُظهر الجهاز انتقائية جيدة تجاه الغازات المتداخلة الشائعة مثل الهيدروجين والأمونيا والميثان، ويحتفظ بنسبة 90.5% من أدائه الأولي بعد تخزينه لمدة 30 يومًا، مما يدل على قابلية تكرار جيدة واستقرار طويل الأمد.

صرح وانغ ون بأن هذا البحث يوفر نهجًا جديدًا لتطوير أجهزة استشعار الغاز منخفضة الطاقة وعالية الحساسية التي تعمل في درجة حرارة الغرفة، ومن المتوقع أن تلعب دورًا مهمًا في مجالات مثل مراقبة جودة الهواء وسلامة الإنتاج الصناعي.