مدلسازی و طراحی سنسور نانولوله کربنی آشکارساز گاز

در بسیاری از سیستم های کنترلی نیاز به استفاده از نانوسنسورهای فوق حساس برای آشکارسازی پدیده های مختلف می باشد. از جمله نانوسنسورهایی که کاربردهای وسیعی در علوم مختلف یافته است نانو سنسور شیمیایی آشکارساز گاز می باشد. حساسیت و دقت این آشکارسازها در کاربردهای پزشکی که در بدن افراد و در خون بیماران قرار می گیرند و یا کنترل کننده های آلودگی اتاق های عمل بسیار تعیین کننده است و حتی جان افراد در گرو عملکرد مناسب این نانوسنسورها می باشد. امروزه با ظهور نانو مواد جدید از جمله نانولوله کربنی (cnt)، تحولی عظیم در ساخت سنسورهای شیمیایی اتفاق افتاده است. دراین پژوهش پارامترهای مهم cnt در ساخت نانوسنسورها بررسی شده و معادلات مربوط به فیزیک، ساختار الکترونیکی و رسانایی الکتریکی آن ها مطالعه و توسط نرم افزار متلب مورد شبیه سازی قرار گرفته است. مدل در نظر گرفته شده در این تحقیق شامل آرایه ای از نانولوله ها محدود شده میان دو صفحه هادی می باشد و به عنوان نمونه تأثیر گاز دی اکسید نیتروژن (no2) بر عملکرد قطعه مطالعه شده است. تحلیلهای انجام شده در محیط نرم افزار متلب مدلسازی و بررسی شده است. پارامترهای مهم قطعه از جمله تغییرات رسانایی و حساسیت سنسور و همچنین تأثیر تغییرات عوامل محیطی مانند دما و رطوبت بر عملکرد قطعه مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. همچنین برای بررسی تأثیر جذب مولکول گاز بر رسانایی نانولوله از تئوری اساسی چگالی استفاده شده و تغییرات رسانایی بر اساس تفاضل تراز انرژی فرمی با لبه باند ظرفیت بیان شده است. مقایسه ی نتایج بدست آمده با نتایج موجود از آزمایشات نشان دهنده ی صحت محاسبات و مناسب بودن مدل انتخابی می باشد. نتایج بدست آمده گویای این مسأله است که سنسور های cnt در مقایسه با سنسورهای گاز قدیمی از حساسیت بسیار بالاتری برخوردار بوده و توانایی آشکار ساختن یک ppb گاز no2 را در دمای اتاق دارا می باشند. رسانایی اولیه ی سنسور به عنوان یک عامل تعیین کننده در دقت آن بررسی و یک ساختار مناسب با رسانایی اولیه ی 95.7?s برای سنسور پیشنهاد شده است. عملکرد قطعه در سه دمای مختلف بررسی و دیده شد که با بالا بردن دمای محیط کار حساسیت قطعه نیز افزایش می یابد. همچنین نتایج نشان می دهد که افزایش رطوبت محیط تأثیر منفی بر عملکرد سنسور دارد و حساسیت را کاهش می دهد.