مشخصات پژوهش

عنوان	ساخت نانوکامپوزیت متشکل از اکسید گرافن آلاییده با سیلیسیم و نانو ذرات اکسید مس و بررسی عملکرد آن در حسگری گاز
نوع پژوهش	پایان نامه
کلیدواژه‌ها	نانوکامپوزیت، اکسید گرافن، سیلیسیم، اکسید مس، خاصیت حسگری
چکیده	در قرن حاضر سلامتی و رفاه از اهمیت ویژهای برخوردار است، بنابراین توسعه علم نانو میتواند در بهبود کیفیت زندگی موثر واقع شود. در جامعه مدرن ما، نیاز روزافزونی به توسعه حسگرهای گاز برای بسیاری از کاربردها مانند پایش آلودگی هوا، امنیت نظامی، صنایع غذایی و تشخیص پزشکی وجود دارد. در واقع نظارت بر انتشار در هر دو محیط داخلی و خارجی به موضوعی جدی مبدل شده است. علاوه بر این ظهور اینترنت اشیاء انگیزهای برای تحقیقات در زمینه حسگرها است. حسگرهای گاز نوعی از مبدلهای الکتریکی هستند که قادرند حضور گازهای سمی را سنجیده و غلظت آنها را کمی کنند. نانومواد فرصتهای بسیاری را برای توسعه حسگرهای گاز مقاومت شیمیایی با حساسیت بالا، پاسخ سریع و مصرف کم ارائه میدهند. مجموعه گستردهای از خواص فیزیکی و شیمیایی نانومواد مانند خواص مکانیکی، حرارتی، نوری، مغناطیسی و رسانایی از طریق ترکیب با مواد مختلف دیگر تقویت میشود، در نتیجه نانوکامپوزیتها را میتوان به عنوان سیستمهای رابط نانومقیاس در نظر گرفت که توانایی دستکاری در مقیاسهای طولی را دارند. در مقیاس نانو به دلیل بالا بودن نسبت سطح به حجم، خواص مرتبط به سطح تقویت میشود که به موجب آن میتوان از نانومواد مختلف در قالب نانوجاذبها، نانوکاتالیستها، نانوفیلترها و نانوحسگرها برای اصلاح آلودگیها استفاده کرد که به طور کلی برای استفاده به عنوان حسگرهای گاز نیز امیدوارکننده هستند. حسگرهای مختلف مبتنی بر نانومواد مانند گرافن، اکسید گرافن احیا شده و اکسیدهای فلزی به شکلهای مختلف مانند نانوورقها، نانولولهها، نانوذرات، نانوسیمها و نانوکامپوزیتها برای برای تشخیص و افزایش عملکرد حسگرهای گاز بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند. گرافن یک ماده امیدوارکننده برای کاربردهای حسگر گاز در سطح مولکولی در نظر گرفته میشود که عاملدار سازی آن با توجه به برخی خصوصیات آن اغلب یک الزام است. از آن جایی که حسگرهای گاز متانول با عملکرد عالی برای نظارت بر تولید صنعتی و بسیاری از محصولات خانگی تقاضای زیادی دارند. در مطالعه حاضر، ما حسگر گاز مقاومت شیمیایی امیدوارکنندهای را با سنتز کامپوزیتی از صفحات اکسید گرافن آلاییده با سیلیکون و نانو ذرات اکسید مس، برای تشخیص گاز متانول در دمای اتاق با کارایی بالا توسعه دادیم. کامپوزیت سهتایی حاضر به دو روش ساخته شد که با توجه به نتایج حاصل از مشخصهیابیها و تستهای سنجش، فرآیند آبی حرارتی روش مناسبتری بوده و پاسخ بالاتری را ارائه کرده است. نتایج پراش پرتو ایکس و نگاشت عنصری نشان داده است که آلایش سیلیکون بر روی صفحات گرافن به صورت ذرهای و به طور یکنواخت صورت گرفته و خوشههای اکسید مس در دو فاز مونوکلینیک و مکعبی، به ترتیب با اندازه بلورکهای 11/5نانومتر و 14/9نانومتر با صفحات چروکیدهی اکسید گرافن آلایش یافته، ادغام شدهاند. خواص حسگر گاز متانول یک بار در غلظت ثابت و دماهای عملیاتی مختلف و در مرحله بعد تحت غلظتهای مختلف گاز متانول در دمای اتاق، فشار محیط ( )1 atmو رطوبت نسبی ()%35 مورد بررسی قرار گرفت. حسگر ساخته شده با روش آبی حرارتی دارای حد تشخیص 200 ppmبا پاسخ %18/46در دمای اتاق است و همچنین توانسته پاسخ بالای % 32/87و زمان پاسخ فوق العاده کوتاه 2ثانیه و تکرار پذیری قابل اعتماد را در 10چرخه، با حفظ پاسخ بالا را در غلظت 400 ppmگاز متانول در دمای محیط نشان دهد. خواص عالی این حسگر گاز ممکن است به دلیل نقصهای سطحی فراوان، بهبود تعامل الکترونیکی، کاهش سد پتانسیل و به طور خاص، ساختارهای متخلخل کامپوزیت ساخته شده با سطح ویژهی بالا باشد که مکانهای جذب فعال اضافی را برای گاز فراهم میکند و واکنشهای اکسایش/ کاهش را در سطح تسریع میکند که منجر به پاسخ بالا میشود. نتایج حاصل از ساخت حسگر حاضر، امکان طراحی و استفاده از حسگرهای مبتنی بر گرافن را در کاربردهای واقعی در دسترس قرار میدهد
پژوهشگران	حسین میلانی مقدم (استاد مشاور)، محمد اکبرزاده پاشا (استاد راهنما)، زهرا آهنگر دارابی (دانشجو)