صفحه اصلی | ان آر تی سی | صفحه اصلی<

نانوحسگرهای مبتنی بر گرافن

نانو حسگرها از لحاظ بعد هندسی به 8 حالت نانولوله، نانوفیبر، نانوسیم، نانو حفره، نانوکاوشگر، نانوذره، نقاط کونتومی و نانوفیلم تقسیم می شوند.

اساس نانوحسگرها به دست آوردن اطلاعات در ابعاد اتمی و انتقال آن به حالت ماکروسکوپیک برای آنالیز داده هاست.

مکانیسم تشخیص از طریق دقت در شناسایی اتم ها یا مولکول های خاصی است که به وسیله ی اندازه گیری تغییر حجم، غلظت، جابجایی، فرکانس، سرعت، الکتریسیته، نیروهای مغناطیسی و دما شناسایی می شوند. نوع متغیرهایی که با نانوحسگر شناسایی می شود به شش گروه تقسیم بندی می شود: متغیرهای مکانیکی، الکتریکی، نوری، شیمیایی، حرارتی و مغناطیسی. محدودیت نانوحسگر در اندازه گیری رسانایی الکتریکی در نیم رساناها یک بحث جدی بوده و بسیاری از کارهای ارائه شده تاکنون از تشخیص گارها با انرژی جذب پایین و غلظت های متفاوت گاز ناتوانو بوده و همچنین وابستگی حساسیت نانوحسگرهای نیمه رسانا در شرای محیطی یکسان، متفاوت است.

در میان موادنانو، نانولوله های کربنی و صفحات گرافنی، کاربردی گسترده در نانو حسگرها دارند زیرا دارای خواص مکانیکی و الکتریکی ویژه ای هستند و دامنه ی فرکانسی و حسگری بالا داشته و جرم کمی نیز دارند و از این رو تعداد کمی از ااتم ها و مولکول های خارجی اطراف نانوحسگر، می تواند تغییر فراوانی را در فرکانس های تشدید و سرعت های موجی آن ایجاد کند. عموما تقسیم یندی طراحی نانو تشدید کننده ها به دو رش است: ارتعاشی (برای فرکانی تشدید) و انتشار موجی (برای سرعت های موجی)؛ که اساس آن ها شناسایی تغییر فرکانس تشدید یا سرعت های موجی در نانو حسگرهاست که ناشی از اتصال اتم های خارجی و مولکول ها با سطح حسگر است.

چالش اصلی شناسایی تغییر قابل توجه در فرکانس های تشدید یا سرعت موج در وضوح بالاست. با توجه به کاربرد گسترده گرافن در تشخیص و آشکارسازی جرم های مختلف، به نظر می رسد که حین انجام عملیات آشکارسازی، خواص گرافن تغییر نماید و از همین تغییر خواص گرافن می توان جهت کاربردهای حسگری بهره های بسیاری برد.

وبروفن شریک جدید گرافن : گرافن، یک لایه به ضخامت یک اتم از اتم‌های کربن به زودی یک شریک از نانو مواد جدید دارد. در آزمایشگاه‌ها و ابرکامپیوترها، شیمی‌دان‌ها تعیین کرده‌اند که یک آرایش منحصر به فرد از 36 اتم‌ بور در یک دیسک تخت با یک حفره هگزاگونال در وسط ساختار می‌تواند پایه سازنده‌ی ترجیحی برای ساختاری به نام بروفن باشد. یافته‌ها در Nature Communications گزارش شده‌اند. محققان از دانشگاه Brown به صورت تجربی و آزمایشگاهی نشان دادند که رقیب گرافن بر پایه اتم‌های بور احتمال بسیار بالایی به لحاظ سنتز دارد.
گرافن به عنوان یک ماده شگفت انگیز اعلام شده است. این ساختار تشکیل شده از یک لایه اتم‌های کربن در یک آرایش ساختاری لانه زنبوری است، که بسیار بسیار مقاوم‌تر و سخت‌تر از فولاد و هدایت کننده جریان الکتریکی بهتر از مس می‌باشد. از زمان کشف گرافن دانشمندان پیش بینی می‌کردند که همسایه اتم کربن در جدول تناوبی یعنی بور نیز می‌تواند به صورت یک صفحه تک اتمی، مرتب شود و نظم پیدا کند. مطالعات تئوری و محاسباتی امکان آن را در یک آرایش بسیار خاص پیشنهاد داده بودند. اتم‌های بور دارای یک الکترون کمتر از اتم‌های کربن می‌باشند در نتیجه این کمبود الکترون نمی‌تواند شبکه‌ای لانه زنبوری مانند که گرافن را تشکیل می‌دهد ایجاد کند. نظریه پردازان و محاسباتی‌ کاران در این حوزه به منظور شکل‌گیری یک صفحه با ضخامت یک اتم از اتم‌های بور، شبکه‌ای مثلث مانند با یک حفره-نقص شش وجهی (هگزاگونال) در وسط ساختار را پیشنهاد دادند. گرچه هیچ‌گونه شواهد تجربی مبنی بر این لایه نازک اتمی از نانوساختار بورونی تاکنون مشاهده نشده بود گروه لای شنگ ونگ (Lai-Sheng Wang) و همکارانش از دانشگاه Brown به صورت تجربی و محاسباتی نشان دادند که B36 خوشه بورونی شبه مسطح با یک حفره شش وجهی (هگزاگونال) در مرکز ساختار بسیار پایدار است. این مطالعه ارائه‌کننده اولین شواهد تجربی از توانایی شکل گیری بالقوه تک لایه اتمی از صفحه‌ای از اتمهای بور با نقص شش وجهی به صورت ساختاری پایدار می‌باشد. طیف سنجی فوتو الکترونی B36 یک طیف نسبتا ساده‌ را نشان می‌دهد که بیانگر یک خوشه متقارن است. ساختار خنثی B36 کوچکترین خوشه بورونی با تقارن شش‌تایی دارای یک نقص کامل هگزاگونال می‌باشد که می‌تواند به عنوان پایه‌ای بالقوه برای صفحه ‌های گسترش یافته بور دو بعدی در نظر گرفته شود.

Reference
Piazza, Zachary A., et al. “Planar hexagonal B36 as a potential basis for extended single-atom layer boron sheets.” Nature communications 5 (2014).