شناسایی آلودگی فلزات سنگین در آب با نانو حسگرهای گرافنی

به گزارش خبرگزاری صدا وسیما، به نقل از ستاد نانو، یک روش غربالگری جدید توسط محققان دانشکده مهندسی مولکولیPritzker (PME) در دانشگاه شیکاگو و با همکاری پژوهشگران آزمایشگاه ملی آرگونه و دانشگاه ویسکانسین-میلواکی ایجاد شده است. این فناوری جدید نوید تولید تجاری دسته‌ی جدیدی از حسگر‌های آب مبتنی بر گرافن را نشان می‌دهد.

بر اساس این گزارش، این حسگر‌ها برای تشخیص سرب، جیوه و E. coli در آب در غلظت‌های قسمت در هر میلیارد (PPB) یا واحد تشکیل کلونی (CFU) تنظیم شده‌اند.

به گفته جان هونگ چن از محققان آزمایشگاه ملی آرگونه، «حسگر‌های گرافنی با لایه‌ای از اکسید آلومینیوم پوشش داده می‌شوند. برای دستیابی به انتخابگری یا تشخیص بهتر، ما از نانوذرات طلا استفاده کردیم که دارای گروه‌های عاملی در بالای این لایه دی الکتریک هستند.»

با این حال، یک مانع در مسیر تجاری سازی این نوع حسگر‌های ترانسستور اثرمیدان عامل‌دار (FET) مشکل در ارزیابی کیفیت است، زیرا این حسگر‌ها فقط چند نانومتر ضخامت دارند. هنگامی که تخلخل در لایه دی الکتریک وجود دارد، بار الکتریکی می‌تواند در آنجا جمع شود، یا حتی از طریق لایه دی‌الکتریک حرکت کند که این موضوع عملکرد حسگر‌ها را به خطر می‌اندازد و مشکلات عملکردی حسگر با قرار گرفتن در معرض آب تشدید می‌شود.

به گفته چن، «به طور معمول، کنترل کیفیت برای این نوع دستگاه شامل اندازه گیری ویژگی‌های الکتریکی آن، مانند منحنی‌های ولتاژ جریان [I-V]است، اما در بسیاری موارد، این اندازه‌گیری‌ها کافی نیست. حتی اگر منحنی‌های بسیار یکنواختی دارید، این حسگر‌ها لزوماً عملکرد حسگری مربوطه را نشان نمی‌دهند. شما همچنین باید به کیفیت لایه دی الکتریک توجه کنید تا مطمئن شوید که پاسخ‌های حسگر یکنواختی را که فقط مربوط به حرکت جابه‌جایی پالس‌های الکتریکی است، دریافت می‌کنید.»

رویکرد جدیدی که توسط تیم چن ایجاد شده است، با اسکن ولتاژ A.C در طیف گسترده‌ای از فرکانس‌ها کار می‌کند. با این کار پاسخ امپدانس اندازه‌گیری می‌شود. چن می‌گوید: «ما می‌توانیم با نسبت اجزای امپدانس خازنی و مقاومت، آستانه خاصی را برای تمایز دستگاه‌های خوب از دستگاه‌های بد پیدا کنیم.»

علاوه بر این، این روش غربالگری می‌تواند نشان دهد که آیا نیاز به تنظیم دستور العمل‌های تولیدی مورد استفاده برای ایجاد لایه دی الکتریک وجود دارد یا نه، و فرصتی برای بهبود فرآیند تولید ایجاد می‌کند.