طراحی حسگر گازی برای تشخیص هیدروژن در کوتاه مدت

طراحی حسگر گازی برای تشخیص هیدروژن در کوتاه مدت

ژوهشگران دانشگاه آزاد اسلامی، حسگری را طراحی کرده‌اند که قادر است در زمانی کوتاه، میزان هیدروژن موجود در محیط را تشخیص دهد.

به گزارش خبرگزاری مهر، هیدروژن یک گاز بی رنگ، بی بو و بی مزه است که توسط حواس انسانی قابل شناسایی نیست. محدوده‌ انفجار هیدروژن پایین و برابر ۴ درصد حجمی است. به دلیل استفاده از این گاز به عنوان سوخت در منازل، خودروها، موشک‌هایی با سوخت هیدروژن و موارد دیگر، وجود یک حسگر برای آشکارسازی نشتی این گاز ضروری است.

هدف اصلی این پژوهش ساخت حسگری بوده که گاز هیدروژن را در محدوده‌ قابل انفجار تشخیص دهد. به کمک این حسگر می‌توان از نشت گاز هیدروژن در محیط‌ آگاه شد و از ایجاد انفجار جلوگیری کرد.

لیلا فکری اول، یکی از مجریان طرح «تشخیص گاز هیدروژن توسط حسگر گازی» با بیان اینکه حسگرهای هیدروژنی وسایل مبدلی هستند که با جذب مولکول‌های گاز هیدروژن، یک سیگنال الکتریکی متناسب با مقدار غلظت گاز هیدروژن تولید می‌کنند، گفت: حسگر MOS خازنی ساخته شده، در کمتر از ۲ دقیقه نشتی گاز هیدروژن را در محدوده‌ قابل انفجار یا همان غلظت ۴ درصد حجمی آشکار می‌کند. 

وی افزود: حسگرهای خازنی هرگونه تغییر در محیط را از طریق تغییر در ظرفیت الکتریکی خازن آشکار می‌کنند. مزیت این دسته از حسگرها نسبت به انواع دیگر، پایداری، طول عمر بالا و زمان پاسخ دهی پایین آن‌هاست.

فکری اول اظهار داشت: نیاز به سرعت و دقت بالا برای نمایش و کنترل غلظت هیدروژن در حوزه‌های مختلف صنعت وجود دارد. به عنوان مثال می‌توان از این حسگر در نمایش غلظت هیدروژن در فرایند تولید آمونیاک، متانول و آبپوشی هیدروکربن‌ها استفاده کرد. فرایند گوگرد‌ زدایی از تولیدات نفتی، تولید سوخت موشک و یا هنگام پرتاب شاتل و سایر کاربردهای فضایی از دیگر موارد استفاده از نتایج این طرح است.

وی  از نحوه‌ ساخت و ارزیابی این حسگر توضیح داد و گفت: در این پژوهش اثر ضخامت لایه‌ اکسیدی موجود در ساختار حسگر، بر خواص و عملکرد آن بررسی شده است. در واقع این حسگر دارای ساختار سه لایه‌ای از سیلیس، اکسید سیلسیوم و نیکل(Ni/SiO۲/Si) است.

وی عنوان کرد: چهار نمونه‌ مختلف از این حسگر تهیه شده که تفاوت آن‌ها تنها در ضخامت لایه‌ اکسید سیلیسیوم است که  برای ارزیابی ساختار و سطح حسگرها از روش‌های دستگاهی SEM و AFM استفاده شده است.

به گفته وی، سرعت و زمان پاسخ دهی این نمونه‌ها در غلظت مدنظر و در دما و فرکانس مشخص مطالعه شده است.

طبق نتایج حاصل شده، با کاهش ضخامت لایه‌ اکسید، حسگر در زمان کوتاه‌تری گاز هیدروژن را آشکارسازی می‌کند. همچنین برای نمونه‌ حسگر خازنی با ضخامت لایه‌ی اکسیدی ۲۸ نانومتری، زمان پاسخ‌دهی در حدود ۸۴ ثانیه اندازه‌گیری شده است.

این مطالعات از همکاری لیلا فکری اول، دانشجوی دکترای فیزیک، دکتر سید محمد الهی، دکتر الهام دارابی و دکتر سید علی سبط، اعضای هیات علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، حاصل شده است. نتایج این کار در مجله‌ Sensors and Actuators B: Chemical (جلد ۲۱۶، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۳۶۷ تا ۳۷۳) به چاپ رسیده است.