تشخیص متان با حسگرهای نانویی ایرانی

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از ستاد توسعه فناوری نانو، گاز متان از جمله گازهای گلخانه‌ای به شمار می‌رود که غلظت آن در جو زمین از ۲۰۰ سال گذشته تاکنون دو برابر شده و نقش مهمی در گرم‌شدن زمین دارد.

از سوی دیگر گاز متان جزء اصلی گاز طبیعی مورد استفاده در بخش خانگی و صنعتی است. حضور این گاز در هوا بیش از حد مجاز، یعنی ۱ درصد، سلامتی انسان را به خطر انداخته و در درصدهای بالاتر می‌تواند موجب انفجارهای ناگهانی شود. ازاین‌رو پایش مداوم مقدار این گاز در مناطق صنعتی و بسیار حائز اهمیت است.

دکتر شیوا نوازنی، دانش‌آموخته مقطع دکتری مهندسی مواد دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، با اشاره به حوادث ناشی از نشت گاز، در خصوص لزوم انجام این پژوهش گفت: فجایعی نظیر آتش‌سوزی در خطوط انتقال گاز بین ایران و ترکیه و همچنین موارد بسیاری که در خطوط انتقال گاز داخلی نظیر گچساران، گناوه، زاهدان، شوش، سرخس، قم و تهران رخ‌ داده، منجر به خسارات مالی و جانی بسیار برای کشور شده است.

وی ادامه داد: از طرف دیگر طبق گزارش‌ها، حوادثی نظیر نشت گاز متان در معدن ذغال سنگ آزادشهر، ناشی از نبود حسگر شناسایی گاز متان بوده است. ازاین‌رو، نظارت و کنترل بر حضور گاز متان در محیط هم از حیث زیست‌محیطی و هم از حیث ایمنی از اهمیت بالایی برخوردار است که می‌توان با تولید یک حسگر دقیق به این مهم دست یافت.

وی در خصوص یکی از عیوب حسگرهای رایج افزود: «در حسگرهای تشخیص گاز متان لایه‌ای از اکسید قلع به‌عنوان یکی از بخش‌های اصلی حسگر مورد استفاده قرار می‌گیرد که یک مشکل اساسی دارد و آن کاهش شدید حساسیت حسگر با کاهش دماست، بدین معنی که حسگر در دماهای پایین عملاً کارایی خود را از دست می‌دهد.

نوازنی تصریح کرد: ما در این پژوهش تلاش کردیم در وهله اول مشکل کاهش حساسیت حسگر در دمای پایین را با کاهش اندازه دانه اکسید قلع تا ابعاد نانومتری برطرف کنیم و سپس حساسیت کلی حسگر را با ایجاد یک ساختار هیبریدی با گرافن افزایش دهیم.

به گفته این محقق، نانوحسگر مقاومتی- شیمیایی تولیدشده در این طرح قادر است مقادیر ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ ppm گاز متان موجود در فضا را در دماهای مختلف، از دمای محیط تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد، با گزینش‌پذیری قابل‌قبولی شناسایی کند. همچنین این حسگر پس از لایه‌نشانی بر سامانه‌های حسگری قابل‌حمل، از قابلیت تولید در مقیاس صنعتی برخوردارند.

این طرح در قالب رساله دکتری دکتر شیوا نوازنی، با راهنمایی پروفسور علی شکوه‌فر و دکتر مصطفی حسنی سعدی و با همکاری پژوهشگاه صنعت نفت انجام ‌شده و تحت عنوان پایان‌نامه‌ مورد نیاز صنعت به تأیید داوران ستاد ویژه‌ توسعه‌ فناوری نانو نیز رسیده است.