حسگر تنفسی هوشمند برای تشخیص لحظه‌ای گازهای سمی

به گزارش اصفهان زیبا؛ پژوهشگران کره جنوبی یک حسگر تنفسی هوشمند ساخته‌اند که می‌تواند گازهای خطرناک را در لحظه شناسایی کند. این حسگر روی ماسک قرار می‌گیرد و می‌تواند در آینده برای پایش هوای تنفسی افراد و شناسایی گازهای سمی در محیط‌های صنعتی به کار رود.

حسگر تنفسی چگونه ساخته شده است؟

گروهی از پژوهشگران به سرپرستی «سونگوون لی»، استاد مؤسسه علوم و فناوری دائگو گیونگبوک، با ایجاد ساختاری نانویی، عملکرد حسگرهای گازی پوشیدنی را افزایش داده‌اند.

آنها نانودیواره‌های گرافین را به‌صورت مستقیم روی نانوفیبرهای پلیمری قرار دادند و ساختاری سه‌بعدی ایجاد کردند. این ساختار علاوه بر افزایش سطح تماس با گازها، انعطاف‌پذیری و قابلیت عبور هوا را نیز حفظ می‌کند.

حسگرهای پوشیدنی باید سبک و انعطاف‌پذیر باشند و امکان عبور هوا و رطوبت را فراهم کنند. همچنین لازم است بتوانند حتی مقدار بسیار کمی از گازهای خطرناک را با سرعت بالا شناسایی کنند.

افزایش دقت حسگر با نانودیواره‌های گرافین

نانوتوری‌های ساخته‌شده از نانوفیبرهای پلیمری، انعطاف‌پذیری و قابلیت تنفس مناسبی دارند، اما سطح و عملکرد آنها محدود است. از سوی دیگر، تولید مستقیم برخی مواد کربنی مانند گرافین معمولاً به دمای بالا نیاز دارد و این موضوع می‌تواند به پلیمرها آسیب بزند.

پژوهشگران برای حل این مشکل از رسوب بخار شیمیایی پلاسما در دمای پایین استفاده کردند. آنها نانودیواره‌های گرافین را به شکل عمودی روی سطح نانوفیبرها ایجاد کردند و ساختار اصلی نانوتوری را حفظ کردند.

این روش سطح مؤثر حسگر را افزایش می‌دهد و امکان تعامل بیشتر با مولکول‌های گاز را فراهم می‌کند. در عین حال، انعطاف‌پذیری و قابلیت تنفس ساختار نیز حفظ می‌شود.

کاربرد حسگر تنفسی در محیط‌های خطرناک

بررسی‌ها نشان داد نانودیواره‌های گرافین علاوه بر افزایش سطح حسگر، باعث محصور شدن مولکول‌های گاز در فضاهای باریک بین دیواره‌ها می‌شوند. در نتیجه، مولکول‌های گاز مدت بیشتری در این نواحی باقی می‌مانند و تماس آنها با سطح گرافین افزایش پیدا می‌کند.

آزمایش‌ها و شبیه‌سازی‌های انتقال گاز نیز نشان دادند این ساختار می‌تواند مسیر حرکت و برخورد مولکول‌های گاز را افزایش دهد. به همین دلیل، امکان ایجاد تعامل مؤثرتر میان گاز و سطح حسگر فراهم می‌شود.

این فناوری می‌تواند در آینده به توسعه حسگرهای تنفسی پوشیدنی کمک کند؛ حسگرهایی که برای پایش لحظه‌ای کیفیت هوای تنفسی و شناسایی گازهای خطرناک در محیط‌های صنعتی کاربرد خواهند داشت.