فهرست مطالب
مقدمه
گاز دیاکسید نیتروژن (NO2) یکی از آلایندههای خطرناک هوا است که از منابع صنعتی و خودروها منتشر میشود. تشخیص این گاز در دمای اتاق و با حسگرهای قابل حمل و انعطافپذیر، چالش بزرگی در حوزه حسگرهای گاز محسوب میشود. بر اساس مقاله منتشر شده در Ceramics International (جلد 52، شماره 17، ژوئیه 2026)، محققان موفق به ساخت یک حسگر پارچهای جدید با استفاده از نانوکامپوزیت Ti3C2Tx MXene و SnO2/In2O3 شدهاند که قادر به تشخیص NO2 در دمای اتاق با حساسیت بالا است. این فناوری میتواند برای ساخت لباسهای هوشمند و سیستمهای پایش محیطی کاربرد داشته باشد.
طراحی و ساخت حسگر پارچهای
در این پژوهش، پارچه به عنوان زیرلایه انعطافپذیر انتخاب شده و با یک پوشش کامپوزیتی از نانوذرات SnO2/In2O3 و نانوصفحات Ti3C2Tx MXene پوشش داده شده است. فرآیند ساخت شامل مراحل زیر است:
- تهیه نانوصفحات MXene از روش اچ کردن فاز MAX (Ti3AlC2) با HF و سپس لایهبرداری با DMSO.
- سنتز نانوکامپوزیت SnO2/In2O3 با روش هیدروترمال.
- پوششدهی پارچه با محلول کامپوزیت به روش غوطهوری و خشک کردن در دمای 60 درجه سانتیگراد.
آزمایشهای SEM و XRD نشان داد که نانوذرات به طور یکنواخت روی الیاف پارچه توزیع شدهاند. این ساختار سهبعدی سطح تماس زیادی برای جذب گاز فراهم میکند.
عملکرد حسگر در تشخیص NO2
حسگر پارچهای ساخته شده در غلظتهای مختلف NO2 از 1 تا 50 ppm در دمای اتاق (25 درجه سانتیگراد) آزمایش شد. نتایج نشان داد:
- حساسیت بالا: پاسخ حسگر به 10 ppm NO2 حدود 85% بود.
- زمان پاسخ سریع: حدود 12 ثانیه برای رسیدن به 90% پاسخ نهایی.
- زمان بازیابی: حدود 30 ثانیه پس از قطع گاز.
- انتخابپذیری خوب نسبت به گازهای مزاحم مانند CO، H2S و NH3.
مقایسه با حسگرهای بدون MXene نشان داد که افزودن Ti3C2Tx MXene باعث افزایش 3 برابری حساسیت شده است. این بهبود به دلیل افزایش رسانایی و سطح فعال حسگر است.
مکانیسم حسگری
مکانیسم تشخیص NO2 در این حسگر بر اساس تغییر مقاومت الکتریکی لایه حسگر در حضور گاز است. گاز NO2 به عنوان یک گاز اکسیدکننده، الکترونهای لایه n-type SnO2/In2O3 را جذب کرده و باعث کاهش غلظت حاملهای بار و افزایش مقاومت میشود. حضور MXene با رسانایی بالا، مسیرهای هدایت الکتریکی را بهبود میبخشد و همچنین سطح بیشتری برای جذب گاز فراهم میکند. همچنین، پیوندهای Schottky در فصل مشترک MXene و SnO2/In2O3 به افزایش حساسیت کمک میکند.
خلاصه و نتیجهگیری
این پژوهش نشان میدهد که حسگر پارچهای مبتنی بر نانوکامپوزیت Ti3C2Tx MXene/SnO2/In2O3 یک گزینه عالی برای تشخیص NO2 در دمای اتاق است. ویژگیهایی مانند انعطافپذیری، هزینه پایین ساخت و قابلیت ادغام در لباس، آن را برای کاربردهای پایش محیطی و ایمنی شخصی مناسب میسازد. برای انجام پروژه پژوهشی مناسب با گروه خط تماس بگیرید.
درباره منبع: این مقاله توسط Jicheng Tang، Weiyi Han، Yingying Li و Chaoxia Wang از دانشگاههای معتبر چین تهیه و در ژوئیه 2026 در مجله Ceramics International منتشر شده است.