تولید نقاط کربنی برای استفاده در حسگرهای هوشمند

محققان دانشگاه آزاد اسلامی اراک در قالب یک طرح پسادکتری موفق به تهیه نقاط کربنی فلورسانس‌کننده با پوشش پلیمرهای پاسخگو به محرک جهت استفاده در حسگرها شدند.

به گزارش ایسنا، مریم صالح محمدنیا، دانش آموخته دکتری تخصصی شیمی کاربردی از دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک که با راهنمایی حسین روغنی ممقانی و با حمایت بنیاد ملی علم ایران موفق به اجرای این طرح شده است، گفت: در دهه گذشته مطالعات فراوانی روی نقاط کربنی برای اطلاع‌یافتن از مکانیسم رفتار نوری، تعیین ساختار و روش‌های مختلف سنتزی این ترکیبات، انجام شده است. در بین نقاط کربنی، نقاط کربنی گرافنی از انواع نانومواد صفر بعدی بر پایه گرافن هستند که دارای ترکیب بسیار خوبی از خواص به‌دست‌آمده از گرافن و نقاط کربنی هستند.

وی ادامه داد: نقاط کربنی گرافنی حاصل از اکسیداسیون شیمیایی مواد کربنی را می‌توان مشتقات بسیار کوچکی از اکسیدگرافن در نظر گرفت که حاوی تعداد قابل‌ملاحظه‌ای از گروه‌های عاملی اکسیژن‌دار هستند. این نوع مواد دارای ویژگی‌های برجسته‌ای شامل فعالیت فلورسانس زیاد، پایداری نوری بالا، سمیت کم، سازگاری بیولوژیکی عالی، حلالیت بالا و رسانایی الکتریکی هستند.

این پژوهشگر در ادامه بیان کرد: این ویژگی‌ها به نوبه خود، فرصتی را برای کشف پدیده‌های ساختاری، نوری و الکتریکی فراهم می‌کنند. همچنین، نقاط کربنی گرافنی به دلیل حرکت سریع الکترون با واکنش سریع، می‌توانند به‌عنوان مواد حس‌کننده، عملکرد خوبی داشته باشند که همین امر، آن‌ها را برای استفاده در حسگر بسیار مناسب می‌کند.

وی در ادامه گفت: امروزه بشر در صدد تخصصی‌تر کردن فعالیت‌ها و به دنبال آن، اختراع و تولید دستگاه‌ها و موادی است که قابلیت انجام کاری را به طور تخصصی و هوشمندانه داشته باشند. اندازه‌گیری دقیق پارامترهای فیزیکی و شیمیایی در مقیاس مولکولی نیاز به ساخت حسگرهای کوچک‌تر، دقیق‌تر و با حساسیت بالاتر دارد.

این محقق در ادامه گفت: مواد مرسوم و متداول که تاکنون برای توسعه حسگرها استفاده شده، شامل رنگدانه‌های آلی، کمپلکس‌های فلزات واسطه و مواد کربنی مانند نانولوله‌های کربن و گرافن بوده است؛ اما اخیراً، روند جدیدی در استفاده از کالکوژنیدهای فلزات واسطه به‌عنوان بستری برای ساخت حسگرهای نوری ایجاد شده است.

صالح محمدنیا تصریح کرد: استفاده از نقاط کربنی به‌عنوان حسگر برای اندازه‌گیری یون‌ها و مولکول‌ها، روشی مؤثر، سریع، ارزان‌قیمت و بدون نیاز به تجهیزات پیچیده بوده که غیرسمی و سازگار با محیط‌زیست است. از آنجا که یکی از نیازهای مهم و اساسی در ارتباط با کنترل آلودگی محیط‌زیست، پالایش مستمر آلودگی هواست، حسگرها اصلی‌ترین و مهم‌ترین نقش را در این موضوع ایفا می‌کنند. گرچه گاز CO2 یکی از گازهای مهم در چرخه حیات موجودات زنده است، با این‌ وجود انتشار بیش از حد این گاز در محیط‌زیست اثرات مخربی را بر جای گذاشته است. همچنین، تشخیص آن در محیط و مسمومیت با آن نیز دشوار است؛ ازاین‌رو تشخیص و اندازه‌گیری این گاز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

وی اضافه کرد: با وجود پیشرفت و توسعه بسیار زیاد حسگرهای تشخیص و اندازه‌گیری گاز CO2، این حسگرها با مشکلاتی نظیر حد تشخیص، میزان مصرف انرژی، دامنه حساسیت و در برخی موارد سرعت تشخیص آلودگی و نشت گاز روبرو هستند. امید است که با نانوحسگرهای هوشمند طراحی‌شده در این تحقیق مشکلات را برطرف کرد. این مواد هوشمند می‌توانند کاربردهایی از جمله تشخیص نمونه‌های زیستی و تشخیص اسناد امنیتی داشته باشند.

به نقل از معاونت علمی ریاست‌جمهوری، صالح محمدنیا خاطرنشان کرد: این نانوحسگر در تهیه حسگرهای میزان اسیدی و بازی، حسگرهای یون، حسگرهای دما، حسگرهای زیستی و جوهرهای ضد جعل کاربرد دارند.