الرئيسية / الفعاليات العلمية / الكشف عن الغازات الملوثة الموجودة في الهواء الجوي بأستخدام متحسس غازي مصنوع من مادة نانوية

الكشف عن الغازات الملوثة الموجودة في الهواء الجوي بأستخدام متحسس غازي مصنوع من مادة نانوية

تعتبر اشباه الموصلات المصنعة من اكاسيد المعادن من اكثر المواد استخداما لتطوير الاجهزة المستخدمة في التكنولوجيا الحديثة. ويعتبر اوكسيد الزنك( ZnO)   واحد من اهم الاكاسيد المستخدمة التي جذبت انتباه اغلب الباحثين على نطاق واسع لاستخدامه في الاجهزة الالكترونية والفوتونية وذلك بسبب الخصائص المتعددة التي يتمتع بها اوكسيد الزنك مثل امتلاكه فجوة طاقة واسعة  eV(3.37) عند درجة حرارة الغرفة وكذلك eV(3.34) عند درجات الحرارة المنخفضة, وبالإضافة الى ذلك تكون طاقة ربط الاكسايتون له كبيرة meV (60) ويمكن تشكيله على انواع مختلفة من الارضيات. ولذلك فأنه يعتبر من المواد الاكثر استخدام للعمل كمواد وظيفية في الاجهزة ذات الابعاد النانوية المختلفة.

من المعروف ان اوكسيد الزنك (ZnO) يمتلك اشكال نانوية مختلفة من الناحية الهيكلية مثل nanorods, nanodots, nanoparticles, and nanotubes  حيث تظهر هذه التراكيب النانوية مادة وظيفية تمتلك استخدامات وتطبيقات مختلفة مثل الترانزستورات والخلايا الفوتونية والليزر البصري والخلايا الشمسية والمتحسسات وكذلك المفاتيح الضوئية بسبب الخصائص البصرية والالكترونية والكهربائية الانضغاطية الفريدة والجذابة. بالإضافة الى ذلك فأن هذه التراكيب النانوية جذبت الانتباه لها في تطبيقات الكشف الكيميائي والمتحسسات الغازية بسبب حساسية التوصيل السطحي لها الذي يكون حساس الى وجود الانواع الممتصة.

تعتبر التنمية الصناعية السريعة والنمو السكاني في الوقت الحاضر ومراقبة الغازات البيئية والتحكم في الانبعاثات الصناعية اهداف رئيسية لمعظم التطبيقات الصناعية والأنشطة المحلية. ويعتبر الارتباط بين المستشعر والبيئة أكبر عقبة أمام تحقيق عمليات وضوابط بيئية أفضل. وبدون أجهزة الاستشعار فأن التقدم في التحكم بالأجهزة يكون مستحيلًا. لذلك يلعب مستشعر الغاز دورًا مهمًا كحلقة وصل بين البيئة وأنظمة المراقبة الإلكترونية. تم استخدام مستشعرات الغاز في العديد من أماكن العمل الخطرة مثل أسمدة اليوريا والأمونيا ومناجم الفحم وصناعة النفط والغاز لتقييم جودة الهواء الموجود. وذلك لأن تسرب الغاز في المصنع سيعرض العمال و السكان القريبين  للخطر. وإن الحوادث التي تنطوي على عمليات غرق وانفجارات وخسائر في الأرواح حول العالم هي تذكير بهذه المشاكل. على سبيل المثال ، سيساعد نظام الكشف عن غاز أول أكسيد الكربون في منع المأساة التي حدثت في مناجم الفحم التركية في مايو 2014 وتقليل نسبة الوفيات (94٪) التي حدثت في الولايات المتحدة من 1991 إلى 2007. بالإضافة إلى ذلك ، تم تركيب مستشعرات الغاز في السيارة لتحسين كفاءة الاحتراق الداخلي للمحرك ومراقبة مستوى انبعاثات السيارة [6]. ان قوانين جودة الهواء الدولية مثل اتفاقية باريس 2015 وبروتوكول كيوتو 1998 تستخدم وبشكل مستمر أجهزة استشعار الغاز لمراقبة جودة الهواء ومعدلات انبعاث بعض الأنواع الكيميائية. لذا تعتبر مستشعرات الغاز جهازًا إلكترونيًا مهمًا للتحكم في الغاز وتحليله في مختلف العمليات التكنولوجية الحديثة. وقد أدت الملوثات الغازية المنبعثة من الصناعات الكبيرة والمركبات إلى تدهور جودة الهواء المحيط. ويعد غاز((NO2  من أكثر الغازات تلوثًا التي يتم إطلاقها في الغلاف الجوي والذي له تأثير كبير على البيئة حيث يكون أحد أسباب الاحتباس الحراري [9]. وهي شديدة السمية للإنسان ويمكن أن تكون قاتلة عند استنشاقها . بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن ثاني أكسيد النيتروجين هو غاز عديم اللون والرائحة وغير مهيج ، فإنه يكاد يكون غير ملحوظ ولا يمكن اكتشافه إلا من خلال مستشعرات الغاز. بشكل عام ، تتكون أنظمة مراقبة جودة الهواء التي تستخدم مستشعرات أشباه الموصلات ذات أكسيد المعادن مثل ZnO وهومن مستشعرات الغاز التي تغير مقاومتها أو شفافيتها إلى وجود غازات سامة. ومع ذلك ، فإن تطوير غاز أشباه موصلات أوكسيد الفلز الفائق والموثوق به لا يزال يتطلب مزيدًا من البحث لتحسين الاختيار السيئ والاستقرار بالإضافة إلى درجات حرارة التشغيل المرتفعة . في العقود الماضية ، تم استخدام ZnO نوع n-type على نطاق واسع كمواد استشعار نشطة للكشف عن غازات NO2 حيث أن لها مجموعة فريدة من الخصائص وطرق توليف غير سامة ومرنة ومنخفضة التكلفة. على الرغم من أن ZnO لها خصائص فائقة ، إلا أن مستشعرات الغاز القائمة على ZnO والتي تعمل في درجة حرارة الغرفة لا تزال تعاني من بعض القصور مثل الحساسية المنخفضة (low sensitivity) وزمن الاستجابة العالي (high  response time) وأفضل زمن رجوع (best recovery time) . ففي الآونة الأخيرة ، كانت هناك العديد من التقارير عن زيادة استجابة استشعار الغاز القائم على ZnO في درجات حرارة التشغيل المنخفضة ، مثل استخدام التراكيب أحادية البعد القائمة على هذه المواد (nanorods ، nanowire ، أو nanotube) ، وتشكيل التراكيب المسامية من خلال تعديل المساحات السطحية المكشوفة ، والتفاعل السطحي ، والعيوب الفيزيائية ، والخصائص البصرية والكهربائية لـ ZnO التي تلعب دورًا مهمًا في أداء استشعار الغاز. وهناك العديد من الدراسات التي تشير إلى استخدام مستشعرات الغاز من نوع الامتصاص البصري لثاني أوكسيد النيتروجين ولكنها تعمل في درجات حرارة عالية. ولحد الآن لا توجد دراسات تستخدم مستشعر غازي عند درجة حرارة الغرفة.لذا فأن هذه الدراسة تركز على تطوير وتحسين الخصائص وعيوب السطح على مستشعرات الغاز باستخدام ZnO nanorods التي نمت (growth) باستخدام تقنيتين مختلفتينhydrothermal and microwave method)) كمواد استشعار للكشف عن الغازات السامة  وخاصة غاز NO2 في درجة حرارة الغرفة.

تم في هذا البحث، تحضير جسيمات نانوية من ZnO على ارضية من FTO بأستخدام تقنية Sol-gel  و Spin-coating يتبع هذه الطريقه تلدين العينات بأستخدام فرن بدرجة حرارة (℃300) لمدة 60 دقيقة. تستخدم طريقة  تقنية المياه الحرارية بأستخدام الاوفن والمايكروويف للحصول على ZnO نانورود (ZNRs)، بعد ذلك تم تحسين سطحه بأستخدام صبغة عضوية اسمها Eosin-y بأستخدام تركيز(1) ملي مولاري لتحسين خصائص المتحسس الغازي لغاز NO2 الضار. تم فحص الغشاء المرسب ZNRs وكذلك لغشاء ZNRs/Ey من خلال اجهزه FESEM, EDX, XRD, UV-VIS, PL, Hall . اضهرت النتائج ان التحسسية لغاز NO2 يتغير بتغير تركيز الطبقة المرسبة على ZNR المحضرة بكلا الطريقتين وان افضل تحسسية كانت عند تركيز 1mMمن الصبغة المستخدمة. وذلك لان الصبغة تؤثر على العيوب الموجودة في الاغشية وكذلك فان سطح ZNR يتحسن وبذلك تتحسن خصائص المتحسس الغازي عند درجة حرارة الغرفة. وجد ان اعظم قيمة للتحسسية كانت .427%180 و 195.7301% للاغشية المحضرة بطريقتين مختلفتين هما الاوفن والمايكروويف على التوالي.ان التحسسية بجميع الاغشية المحضرة تزداد بزيادة تركيز الصبغةEosin-y بينما زمن الاستجابة يقل مع زيادة الصبغة.

اسيل جبار رحمة

شاهد أيضاً

التنبؤ بالأمراض عن طريق تعلم الالة (الذكاء الاصطناعي)

شهد العالم في السنوات الأخيرة الماضية ارتفاعا ملحوظا في انتشار الامراض والاوبئة مثل (امراض القلب …

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.