ایران ترجمه – مرجع مقالات ترجمه شده دانشگاهی ایران

حسگرهای گازی نیتروژن دی اکسید با پایه گرافن

حسگرهای گازی نیتروژن دی اکسید با پایه گرافن

حسگرهای گازی نیتروژن دی اکسید با پایه گرافن – ایران ترجمه – Irantarjomeh

 

مقالات ترجمه شده آماده گروه شیمی
مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

مطالعه ۲۰ الی ۱۰۰% رایگان مقالات ترجمه شده

۱- قابلیت مطالعه رایگان ۲۰ الی ۱۰۰ درصدی مقالات ۲- قابلیت سفارش فایل های این ترجمه با قیمتی مناسب مشتمل بر ۳ فایل: pdf انگیسی و فارسی مقاله همراه با msword فارسی  

چگونگی سفارش

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه (شماره حساب) ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.com شامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر

 

مقالات ترجمه شده شیمی - ایران ترجمه - irantarjomeh
شماره
۳۴
کد مقاله
CHEM34
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
دکتر حسین دشتی
نام فارسی
حسگرهای گازی نیتروژن دی اکسید با پایه گرافن
نام انگلیسی
Graphene-based nitrogen dioxide gas sensors
تعداد صفحه به فارسی
۱۲
تعداد صفحه به انگلیسی
۳
کلمات کلیدی به فارسی
گرافن, حسگرهای گاز, نیتروژن دی اکسید
کلمات کلیدی به انگلیسی
Graphene, Gas sensors, Nitrogen dioxide
مرجع به فارسی
دپارتمان مهندسی شیمی و بیولوژی, دانشگاه کره, سئول, جمهوری کره، الزویر
مرجع به انگلیسی
Department of Chemical and Biological Engineering, Korea University, Seoul , Republic of Korea; Elsevier
قیمت به تومان
۵۰۰۰
سال
۲۰۱۰
کشور
کره
حسگرهای گازی نیتروژن دی اکسید با پایه گرافن
 دپارتمان مهندسی شیمی و بیولوژی، دانشگاه کره، سئول، جمهوری کره
الزویر
۲۰۱۰
 
چکیده
در این تحقیق، نشان داده ایم که گرافن می تواند مولکولهای NOx را در دمای اتاق به صورت انتخابی جذب / واجذب نماید. دوپ کردن (نوعی رسوبگذاری) شیمیایی با مولکولهای NOx ، رسانایی لایه‌های گرافن را تغییر می دهد که این تغییر به وسیله بررسی خصوصیات جریان- ولتاژ در غلظت‌های مختلف گاز NO۲ تعیین می شود. این نکته معلوم شده است که سرعت جذب سطحی از سرعت واجذب سطحی بیشتر است که این امر می تواند به واکنش روی داده در سطح لایه های گرافن نسبت داده شود. هنگامی که از محیط  ۱۰۰ ppm NO۲استفاده شود، حساسیت ۹% می باشد. حسگرهای گازی با پایه گرافن، پاسخ سریع، برگشت پذیری خوب، انتخاب پذیری و حساسیت بالایی را نشان می دهند. بهینه سازی طراحی این حسگرها و تکمیل با UV- LEDs و میکروالکترونیک سیلیکونی راه را برای توسعه حسگرهای گازی در اندازه نانو، که فوق العاده حساس نیز هستند، باز خواهد نمود.
کلمات کلیدی: گرافن، حسگرهای گاز، نیتروژن دی‌اکسید
 
۱- مقدمه
اخیرا، گرافن به علت داشتن نانوساختار کربنی دو بعدی منحصر به فرد در یک شبکه شانه عسلی به عنوان یک ماده بسیار مهم، برای کاربرد در نانوالکترونیک، الکترونیک انعطاف پذیر، حسگرها و سلولهای خورشیدی، پدیدار شده است ]۳-۱[ . ویفرهای پوشیده شده از یک، دو یا چند لایه گرافن (FLG) می توانند با استفاده از تکنیکهای فوتولیتوگرافی متداول تهیه شوند. در مقابل، ابزارهای مبتنی بر نانوسیمها، نانومیله ها و نانولوله های کربنی غالبا جهت ساخت به لیتوگرافی پرتو الکترونی گسترده یا تکنیکهای پرتو یونی متمرکز نیاز دارند. برای تهیه ورقه های گرافن، چندین روش ابداع شده که مشتمل بر” روش نوار چسب اسکاچ ” که شامل ورقه ورقه شدن مکانیکی  ساده، کاهش گرافن اکسید(GO)، بازپخت سیلیکون کاربید در خلا با دمای بالا و تکنیک رشد همبافته می باشد ]۷-۴[ . نانولوله های کربنی (CNT ها) که نانوساختار کربنی یک بعدی دارند، نتایج بسیار اطمینان بخشی راجع به حسگری گازهای سمی نظیر NH۳ ، O۲ و NO۲ نشان داده اند ]۹و۸[ . شدین و همکارانش گزارش دادند که گرافن می تواند NO۲ ، NH۳ ، H۲O و CO را نیز جذب نماید و می تواند مولکولهای منحصر به فرد باغلظتهای خیلی کم را شناسایی کند ]۱۰[ . در این تحقیق، فرایند ساخت ساده ای را برای ساختن دو اتصال فلزی به FLG به کار برده ایم که ما را قادر می سازد جریانهای الکتریکی را هنگام استفاده از محیط های مختلف بررسی کنیم. شناسایی گاز NOx بسیار مهم است زیرا این گاز یکی از عمومی ترین آلاینده های هواست که از کمپلکسهای صنعتی و اتومبیلها آزاد می شود و این نکته معلوم شده که بیماریهای دودی و ریوی نظیر آسم ایجاد می کند ]۱۱[ . بنابراین، نیاز مبرمی به توسعه شناساگرهای NOx کوچک، دارای توان مصرفی پایین و قابل حمل با حساسیت بسیار بالا به ویژه برای استفاده در مناطق شهری وجود دارد. در این تحقیق، درمی یابیم که رسانایی FLG به وسیله فرایند جذب سطحی/ واجذب سطحی مولکولهای NOx   در حد قسمت در میلیون (ppm ) تغییر می کند.
۲- جزییات تجربی
گرافن به وسیله ورقه ورقه کردن مکانیکی گرافیت پیرولیتی بسیار منظم (HOPG) تهیه می شود ]۱[ . لایه های گرافن بر روی یک سوبسترای SiO۲/Si که قبلا تعریف شده و در آن، ضخامت SiO۲ رشد کرده به صورت گرمایی nm ۳۰۰ می باشد، رسوب می کنند. برای اندازه گیری ضخامت گرافن رسوب کرده به روش ” نوارچسب اسکاچ ” استاندارد از میکروسکوپی نیروی اتمی (AFM)  استفاده می شود ]۱[ . با استفاده از این روش معلوم شده که ضخامت لایه های گرافن در محدوده nm ۵/۳ و nm ۵  می باشد که با ۱۰-۷  ورقه گرافن مطابقت دارد. برای تعیین و تشکیل دو اتصال فلزی به لایه گرافن ازتکنیک لیتوگرافی پرتو الکترونی استفاده می شود که به دنبال آن تبخیر پرتو الکترونی Pd/Au (nm ۸۰ /nm ۲۰ ) انجام می شود ( داخل شکل ۱). برای به دست آوردن خصوصیات جریان- ولتاژ در آشکارسازهای گازی دارای پایه گرافن با غلظتهای مختلف گاز  NO۲ که با استفاده از یک آنالیزگر پارامتری ۴۱۵۵C Agilent از ppm ۵۰۰ تا ۱% تغییر می کند، ازابزارهای دارای پایه گرافن استفاده می شود. برای انجام این آزمایشها سیلندرهای گازی با غلظتهای ppm ۱۰۰ ، ppm ۵۰۰ و ۱% از گاز NO۲ خریداری شدند.
۳- نتایج و بحث
شکل ۱ نمودار شماتیک آزمایشهای حسگری گازی استفاده شده در این تحقیق را نشان می دهد. مولکولهای گازی NO۲ بسته به شرایط محیط بر روی سطح گرافن جذب/ واجذب می شوند ]۱۴و۱۰[ . زانگ و همکارانش گزارش دادند که سه پیکربندی جذب سطحی امکانپذیر است : پیکربندیهای نیترو، نیتریت و حلقه افزایی ]۱۴[ . افزایش رسانایی می تواند به انتقال بار میان مولکولهای NO۲ و گرافن نسبت داده شود که در آن مولکولهای NO۲ به عنوان پذیرنده عمل می کنند (شکل ۲) ]۱۴و۱۲و۱۰[ . این مکانیسم تحت عنوان دوپ کردن شیمیایی به وسیله مولکولهای گازی نامیده می شود. مکانیسم حسگری CNT ها کاملا معلوم شده، ]۱۳[ و عقیده بر این است که خواص جذب سطحی/ واجذب سطحی SWCNT به گرافن مشابه آن است ]۱۲[ . علاوه بر این، هنگامی که مولکولهای گازی NO۲ برای این سیستم تامین نمی شوند، مقاومت افزایش می یابد.
شکل ۱٫ نمودار شماتیک حسگرهای گازی با پایه گرافن ( داخل شکل ( بالا و پایین ) تصاویر میکروسکوپی هستند ).
شکل ۲٫ خصوصیات جریان – ولتاژ تحت محیط های گازی N۲ و NO۲  در دمای اتاق.
شکل ۳ تغییر رسانایی بعد از مجاورت با ضربان(پالس) گاز NO۲  را نشان می دهد. در این آزمایشها، به محض آنکه گرافن در مجاورت گاز NO۲ قرار می گیرد، پاسخ جریان- ولتاژ فوری است ، اما بازیابی(واجذب سطحی) خیلی آهسته روی می دهد. این الگو می تواند به واکنش شیمیایی بر روی سطح گرافن نسبت داده شود. این نکته گزارش شده که مولکولهای NO و NO۳
می توانند تولید شوند ]۱۳[ . در مقابل، زمان واجذب مولکولهای NO۳ به صورت تجربی تعیین گردیده که این زمان در دمای اتاق تقریبا ۱۲ ساعت می باشد. برای سرعت بخشیدن به واجذب این مولکولها از یک لامپ UV استفاده می شود.
شکل ۳٫ پاسخ زمانی و خرابی حسگرهای گازی با پایه گرافن هنگامی که از محیط NO۲ ( غلظت ۱%)  استفاده می شود.
یکی از مهمترین شرایط یک آشکارساز گازی، تکرارپذیری آن است. بنابراین، آشکارساز گازی با پایه گرافن ساخته شده در این تحقیق در معرض چرخه تکراری گازهای محیط از هوا تا NO۲ قرار گرفت (شکل ۴). در این آزمایشها، هیچ نشانه ای از کاهش حساسیت وجود ندارد. علاوه بر این، حسگرهای گازی با پایه گرافن با استفاده از ورقه گرافن دیگر با غلظتهای پایین تر NO۲ (ppm ۱۰۰ و ppm ۵۰۰ ) مورد آزمایش قرار گرفت (شکل ۵). حساسیت می تواند به صورت زیر تعریف شود:
(۱)              
که  و   مقاومتهای گرافن به ترتیب در هوا و محیط NO۲ می باشند ]۱۳[ . در این آزمایش، S در مجاورت  ppm ۱۰۰ و ppm ۵۰۰ گاز NO۲ بدون بهینه سازی به ترتیب  ۹%  و ۱۴% بود. شکل ۶ پاسخ آشکارساز گازی ما با پایه گرافن در مجاورت ppm ۱۰۰ گاز NO۲  را نشان می دهد. بر اساس این نتایج، لایه گرافن پتانسیل زیادی برای آشکارساز گازی بسیار حساس با بهینه سازی ساختار ابزار دارد. آشکارسازی یک مولکول گازی منفرد می تواند با استفاده از آشکارساز گازی با پایه گرافن حاصل شود زیرا تغییر رسانایی گرافن در پاسخ به مولکول NO۲ تدریجی است ]۱۰[ . علاوه بر این، حساسیت نیز می تواند با استفاده از فلزات نجیب افزایش داده شود ]۱۵[ .
شکل ۴٫ برگشت پذیری هنگامی که از مولکولهای گازی متناوب  استفاده می شود.
شکل ۵٫ خصوصیات جریان – ولتاژ هنگامی که محیط های گازی N۲ و NO۲ ( ppm ۱۰۰ و ppm ۵۰۰ ) در دمای اتاق مورد استفاده قرار می گیرند.
شکل ۶٫ برگشت پذیری هنگامی که از مولکولهای گازی متناوب تحت غلظت ppm ۱۰۰ گاز NO۲ استفاده می شود.
گرافن یک ماده بسیار جذاب برای استفاده در حسگرهای گازی است زیرا هنگامی که از یک تک لایه گرافن استفاده می شود، نیمی از مساحت سطح کل آن در معرض هوای محیط قرار می گیرد. به علاوه، گرافن انعطاف پذیر، شفاف و رسانا می باشد. علاوه بر این، طراحی پل هوایی در جایی که تمام اتمهای کربن در معرض هوای محیط قرار می گیرند می تواند برای افزایش حد آشکارسازی حسگرهای گازی با پایه گرافن مورد استفاده قرار گیرد. ابزارهای با پایه گرافن می توانند به آسانی با میکروالکترونیک سیلیکونی پیشرفته تکمیل شوند. حساسیت مخلوط های گازی مختلف نیز می تواند با استفاده از فلزات خاکی نادر که در حسگرهای گازی با پایه CNT به کار می روند، اصلاح شوند. با بهینه سازی دیودهای نشر دهنده نور UV (LED ها) توسط ابزارهای گرافنی توانایی بالایی برای توسعه حسگرهای قابل حمل NO۲ با پایه گرافن با پاسخ/ بازیابی سریع، که می توانند گازهای با غلظتهای کم در حد یک قسمت در بیلیون را شناسایی کنند، وجود دارد ]۱۰[ .
۴- نتیجه گیری
قابلیت کاربرد حسگرهای گازی با پایه گرافن با به کارگیری مکانیسم انتقال بار میان مولکولهای NO۲ و گرافن نشان داده شده است. انتخاب پذیری تحت محیط های گازی هوا و NO۲ مورد بررسی قرار گرفته است. بعلاوه، این حسگر گازی جدید مبتنی بر گرافن، هنگامی که محیط حالت تناوبی و تغییر می‌یابد، تکرارپذیری خوبی را نشان می دهد. سرعت جذب سطحی بسیار بیشتر از سرعت واجذب سطحی است که علت آن انجام واکنش بر روی سطح گرافن می باشد. حساسیت در غلظت ppm ۱۰۰ از گاز NO۲ به میزان ۹% است که می تواند با بهینه سازی ساختار حسگر و با استفاده از یک تک لایه گرافنی بهبود بیشتری یابد.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
تماس با ما

اکنون آفلاین هستیم، اما امکان ارسال ایمیل وجود دارد.

به سیستم پشتیبانی سایت ایران ترجمه خوش آمدید.