نانوحسگر جدید با قابلیت واکنش سریع به گازهای آلاینده

پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس از طریق پلیمریزاسیون پیرول با تهیه تعدادی از مشتقات یک نوع ترکیب به دو صورت پلیمریزاسیون در فاز محلول و فاز بخار، موفق به ساخت نانوحسگرهایی برای شناسایی گازهای آلاینده مختلف شدند.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، محققان دانشگاه تربیت مدرس در این کار با استفاده از پلیمرهای هادی نانوساختار به آنالیز آلاینده‌ها پرداخته و اثر نوع آنیون دپان و نوع پلیمریزاسیون بر روی مورفولوژی، مقاومت الکتریکی و انتخابگری و حساسیت نانوحسگر را بررسی کردند.

  سنتز پلیمر حسگر در شرایط بهیه منجر به تشکیل پلیمرهایی بر روی سطح حسگر می‌شود که اندازه‌های نانومتری دارند. نانوساختار بودن سطح این نانوحسگر باعث می‌شود که سطح تماس نانوحسگر با گاز مورد آنالیز افزایش یابد و همین موضوع سبب می‌شود تا نانوحسگر، گازها را در مقادیر یا غلظت‌های بسیار کم شناسایی کند.

  این پژوهش که توسط سجاد پیرسا، دانشجوی ترم آخر رشته شیمی تجزیه از دانشگاه تربیت مدرس و دکتر نادر علیزاده مطلق صورت گرفته است، می‌تواند در ساخت و تهیه انواع نانوحسگرهای گازی برای گازهای آلاینده و سرطان‌زا در صنایع مختلفی مانند صنایع هوا فضا، محیط زیست، استاندارد و .... کاربردهای فراوان داشته باشد.

در این کار، پلیمریزاسیون پیرول با تعدادی از مشتقات ترکیبات + R-SO3-M به دو صورت پلیمریزاسیون در فاز محلول و در فاز بخار مورد بررسی قرار ‌گرفت و ساختار پلیمرهای سنتز شده با استفاده از تکنیک FT-IR و( Scaning Electron microscopy (SEM مطالعه شد و در نهایت نانوحسگرهای تهیه شده از پلیمرهای سنتز شده برای آشکارسازی چندین ترکیب آلی استفاده شدند و اثر نوع آنیون دپان و نوع پلیمریزاسیون بر روی مورفولوژی، مقاومت الکتریکی و انتخابگری و حساسیت نانوحسگر بررسی شد.  

پیرسا در این باره اظهار کرد: هدف ساخت نانوحسگرهای گازی مختلف برای گازهای آلاینده و مضر یا گازهایی که به دلایل خاصی اندازه گیری و آنالیز آنها مهم است، بود. به همین جهت کار تحقیقاتی خود را در چند بخش آغاز کردیم. ابتدا به تهیه پلی پیرول با آنیون دپان‌های مختلف با روش پلیمریزاسیون در فاز بخار و فاز محلول پرداختیم. پلیمریزاسیون پیرول با استفاده از FeCl3 باعث تهیه پلیمر با آنیون دپان- Cl می‌شود؛ زیرا FeCl3 در ساختار خود اکسیدان+ Fe3 و آنیون دپان- Cl را با هم دارد. بنابراین برای این که بتوانیم اثر آنیون دپان‌های مختلف بر روی ساختار و مورفولوژی و در نهایت نحوه پاسخ نانوحسگرهای ساخته شده بر اساس پلی پیرول را بررسی کنیم، از نمک‌های ترکیبات سولفونه به همراه FeCl3 استفاده کردیم.

  وی با بیان این که در ادامه این تحقیق به مطالعه مورفولوژی پلیمر تهیه شده با استفاده از عکس‌های SEM و طیفFTIR فیلم پلیمری تهیه شده، پرداخته شد، افزود: در این تحقیق با استفاده از تکنیک SEM اندازه پلیمرهای سنتز شده بر روی بستر مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج نشان دادند که پلیمرهایی که در فاز شیمیایی سنتز شده‌اند، دارای اندازه‌های نانومتری هستند؛ ولی پلیمرهای سنتز شده در فاز بخار به صورت لایه‌ای تشکیل شده و محتوی ذرات نیستند، بلکه به شکل یک لایه همگن وجود دارند. همچنین برای بررسی وجود ترکیبات سولفونه در ساختار پلیمرهای سنتز شده از پلیمرهای سنتز شده در حضور این ترکیبات و نیز از پلیمر سنتز شده در عدم حضور آنها طیف FTIR تهیه شد و مورد مقایسه قرار گرفت.

پیرسا با اشاره به نتایج حاصل خاطرنشان کرد: نتایج بدست آمده از این تحقیقات حاکی از آن است که پلیمرهای سنتز شده در فاز محلول هدایت الکتریکی بیشتری دارند و نانوحسگرهایی که از پلیمرهای سنتز شده در فاز محلول تهیه می‌شود، حساسیت و حد تشخیص‌های بهتری برای آنالیز گازهای مختلف از خود نشان می‌دهند.

  وی تصریح کرد: نتایج حاصل از مطالعه طیف FT-IR پلیمرهای سنتز شده نشان داد که ترکیبات سولفونه در زنجیره پلیمری پلیمرهای سنتز شده قرار گرفته‌اند. نتایج بدست آمده از عکس‌های SEM نیز نشان دادند که پلیمرهای سنتز شده در فاز محلول، ذراتی با اندازه‌های نانومتری دارند، در حالی که پلیمرهای سنتز شده در فاز بخار بیشتر حالت لایه‌ای و غیرمتخلخل دارند. همچنین بررسی‌های پاسخ‌های نسبی حسگرهای تهیه شده و پاسخ حسگر PPy-HSO3 نسبت به DMSO نشان داد که نانوحسگر PPy-HSO3 نسبت به DMSO حساسیت و انتخابگری بسیار خوبی دارد و از این نانوحسگر برای آنالیز DMSO با استفاده از دو گاز حامل نیتروژن و هوا استفاده شد.  

محقق این طرح یادآور شد: استفاده از پلیمرهای هادی نانو ساختار در آنالیز آلاینده‌ها، بررسی اثر نوع آنیون دپان در انتخابگری حسگر و بررسی اثر نانوساختار بودن حسگر از ویژگی‌های برتری است که در این تحقیقات استفاده شده و باعث بدست آمدن نانوحسگری با پاسخ‌دهی در دماهای پایین و سرعت بالا شده است.  

نتایج این کار تحقیقاتی در مجله «Sensors and Actuators B: Chemical» منتشر شده است