مدلسازی و ساخت حسگرهای گاز مبتنی بر نانولوله های کربنی

هدف از این پژوهش طراحی و ساخت حسگرهای گاز مبتنی برنانولوله های کربنی (cnt) است. با توجه به اینکه تشخیص گاز متان در صنایع کشور اهمیت خاصی دارد بنابراین تمرکز ما برروی ساخت حسگر گاز متان بوده است. حسگرهای اکسید فلز که از رایج ترین حسگرها هستند معمولاً در دماهای بالا (500-300 درجه سانتی گراد) کار می کنند. با توجه به اینکه متان مولکولی پایدار و غیر قطبی است تشخیص آن در دماهای پایین مشکل است. برای تشخیص متان در محیط هایی مثل پالایشگاه های گاز، کار در دمای بالا احتمال انفجار را زیاد می کند علاوه براین که با افزایش دما مصرف توان هم زیاد می شود. با استفاده از نانولوله های کربنی می توان حسگرهای گاز با قابلیت کارکرد در دمای پایین ساخت. کارهای اندکی در زمینه ساخت حسگر گاز متان مبتنی بر نانولوله های کربنی با قابلیت کارکرد در دماهای نزدیک به دمای اتاق انجام شده است. باتوجه به اینکه نانولوله خالص نسبت به متان حساس نیست محققان سعی کرده اند با افزودن نانوذرات پالادیوم به سطح cnt، آن را نسبت به متان حساس کنند. در این پژوهش، چندین حسگر با قابلیت کارکرد در دمای پایین ساخته و مشخصه یابی شدند. در حسگرهای ساخته شده از نانوذرات al/al2o3 یا ag2o/sio2/mgo/zno و یا sno2 برای حساس کردن cnt نسبت به متان استفاده شد. نتایج نشان می داد که حسگر مبتنی بر نانوذرات sno2 بیشترین حساسیت را به گاز متان در دمای اتاق داشت و حسگر مبتنی بر نانوذرات ag2o/sio2/mgo/zno سریع ترین پاسخ را دارا بود. در همه حسگرها زیرلایه مورد استفاده sio2/si بود. با توجه به اینکه حسگرهای ساخته شده برمبنای تغییر رسانایی کار می کنند برای اینکه درک صحیحی از نحوه کار حسگر برای طراحی حسگرهای با حساسیت بیشتر داشته باشیم به مدلسازی رفتار الکتریکی cntهای فلزی و نیمه هادی پرداختیم و روابطی جدید برای محاسبه مقاومت الکتریکی آنها بر حسب قطر، طول و دما به دست آوردیم. به دلیل اینکه در حسگرهای ساخته شده، cntهای فلزی و نیمه هادی به صورت توام با قطرهای متفاوت وجود دارند. نتایج حاکی از آن است که نانولوله های نیمه هادی به دلیل مقاوت خیلی بالا نسبت به فلزی ها، عملاً نقشی در پاسخ ندارند پس در صورتی که حسگری مبتنی بر نانولوله نیمه هادی ساخته شود ممکن است حساسیت به میزان زیادی افزایش یابد. ضمناً پیش بینی می شود که تغییر طول نانولوله ها و فاصله بین الکترودها بتوان حساسیت حسگر را بهبود بخشید.