เซ็นเซอร์ก๊าซพิษชนิดใหม่ช่วยเพิ่มขีดจำกัดในการตรวจจับ

(ข่าวนาโนเวิร์ค) สถาบันวิจัยมาตรฐานและวิทยาศาสตร์แห่งเกาหลี (KRISS) พัฒนาเซ็นเซอร์ก๊าซพิษที่มีความไวสูงที่สุดในโลก เซ็นเซอร์นี้สามารถตรวจสอบไนโตรเจนไดออกไซด์ได้อย่างแม่นยำ (NO2) ซึ่งเป็นก๊าซพิษในบรรยากาศที่อุณหภูมิห้องโดยใช้พลังงานต่ำและมีความไวสูงเป็นพิเศษ สามารถนำไปใช้กับสาขาต่างๆ ได้ เช่น การตรวจจับก๊าซตกค้างในระหว่างกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ และการวิจัยเกี่ยวกับตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้า ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ใน โครงสร้างขนาดเล็ก (“MOCVD ของ C-MoS แบบลำดับชั้น2 Nanobranches สำหรับ ppt ระดับ NO2 การตรวจจับ”). กระบวนการ Tidal สำหรับการสร้าง 3D MoS2 สาขานาโน การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของ MoS2 ให้เป็นรูปทรงกิ่งไม้แบบ 3 มิติ ซึ่งสามารถสังเกตได้ตลอดระยะเวลาการสังเคราะห์ (ภาพ: สถาบันวิจัยมาตรฐานและวิทยาศาสตร์เกาหลี) เลขที่2ซึ่งเกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลที่อุณหภูมิสูงและปล่อยออกมาผ่านไอเสียรถยนต์หรือควันจากโรงงานเป็นหลัก ส่งผลให้อัตราการเสียชีวิตเพิ่มขึ้นเนื่องจากมลพิษทางอากาศ ในเกาหลีใต้ ความเข้มข้นเฉลี่ยต่อปีของ NO2 ในอากาศได้รับการควบคุมให้อยู่ที่ 30 ppb (ส่วนในพันล้านส่วน) หรือต่ำกว่าตามคำสั่งของประธานาธิบดี เซ็นเซอร์ที่มีความไวสูงจึงจำเป็นต้องตรวจจับก๊าซที่ความเข้มข้นต่ำมากได้อย่างแม่นยำ ในช่วงไม่กี่ครั้งที่ผ่านมา การใช้ก๊าซพิษที่อาจเป็นอันตรายถึงชีวิตมนุษย์ได้เพิ่มสูงขึ้นเนื่องจากการพัฒนาของอุตสาหกรรมที่มีเทคโนโลยีสูง รวมถึงการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ แม้ว่าห้องปฏิบัติการและโรงงานบางแห่งใช้เซ็นเซอร์ประเภทเซมิคอนดักเตอร์เพื่อความปลอดภัย แต่ความท้าทายอยู่ที่ความไวในการตอบสนองที่ต่ำ ทำให้ไม่สามารถตรวจจับก๊าซพิษที่อาจมองเห็นได้ด้วยจมูกของมนุษย์ เพื่อเพิ่มความไวในท้ายที่สุด พวกเขาจะต้องใช้พลังงานจำนวนมากเนื่องจากต้องทำงานที่อุณหภูมิสูง เซ็นเซอร์ที่พัฒนาขึ้นใหม่ ซึ่งเป็นเซ็นเซอร์ก๊าซพิษชนิดเซมิคอนดักเตอร์เจเนอเรชั่นใหม่ที่ใช้วัสดุขั้นสูง มีประสิทธิภาพและการใช้งานที่ดีขึ้นอย่างมากเมื่อเปรียบเทียบกับเซ็นเซอร์ทั่วไป ด้วยความไวต่อปฏิกิริยาเคมีที่โดดเด่น เซ็นเซอร์ใหม่จึงสามารถตรวจจับ NO ได้2 มีความไวมากกว่าเซ็นเซอร์ประเภทเซมิคอนดักเตอร์ที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้มาก ซึ่งมีความไวสูงกว่าถึง 60 เท่า นอกจากนี้ เซ็นเซอร์ตัวใหม่ยังใช้พลังงานน้อยที่สุดในการทำงานที่อุณหภูมิห้อง และกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดช่วยให้สามารถสังเคราะห์พื้นที่ขนาดใหญ่ที่อุณหภูมิต่ำได้ ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการผลิต กุญแจสำคัญของเทคโนโลยีอยู่ที่ MoS2 วัสดุนาโนแบรนช์ที่พัฒนาโดย KRISS แตกต่างจากโครงสร้างแบน 2D ทั่วไปของ MoS2วัสดุนี้ถูกสังเคราะห์ขึ้นในโครงสร้าง 3 มิติที่มีลักษณะคล้ายกิ่งก้านของต้นไม้ จึงช่วยเพิ่มความไว นอกจากความแข็งแกร่งของการสังเคราะห์วัสดุที่สม่ำเสมอบนพื้นที่ขนาดใหญ่แล้ว ยังสามารถสร้างโครงสร้าง 3 มิติโดยการปรับอัตราส่วนคาร์บอนในวัตถุดิบโดยไม่ต้องผ่านกระบวนการเพิ่มเติม ทีมมาตรวิทยาบูรณาการของ KRISS Semiconductor ได้สาธิตการทดลองว่าเซ็นเซอร์ก๊าซสามารถตรวจจับ NO ได้2 ในบรรยากาศที่ความเข้มข้นต่ำถึง 5 ppb ขีดจำกัดการตรวจจับที่คำนวณได้ของเซ็นเซอร์คือ 1.58 ppt (ส่วนในล้านล้านส่วน) ซึ่งถือเป็นระดับความไวที่สูงที่สุดในโลก ความสำเร็จนี้ช่วยให้สามารถติดตาม NO ได้อย่างแม่นยำ2 ในบรรยากาศที่มีการใช้พลังงานต่ำ เซ็นเซอร์ไม่เพียงช่วยประหยัดเวลาและค่าใช้จ่ายเท่านั้น แต่ยังให้ความละเอียดที่ยอดเยี่ยมอีกด้วย คาดว่าจะมีส่วนสนับสนุนการวิจัยเพื่อปรับปรุงสภาพบรรยากาศโดยการตรวจจับความเข้มข้นเฉลี่ยต่อปีของ NO2 และติดตามการเปลี่ยนแปลงแบบเรียลไทม์ ผลการประเมินประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์ก๊าซความไวสูงพิเศษที่พัฒนาโดย KRISS (a), (b): ผลการวัด NO2 ที่มีความเข้มข้นต่างกันแสดงให้เห็นถึงความละเอียดในการวัดที่ดีเยี่ยม (c): ผลการวัดที่สม่ำเสมอถูกสังเกตเมื่อมีการวัด NO2 ทำซ้ำด้วยความเข้มข้นเท่าเดิม ซึ่งบ่งชี้ถึงความสามารถในการทำซ้ำสูงและความน่าเชื่อถือในการวัด (d): เซ็นเซอร์แสดงความสามารถที่ดีเยี่ยมในการตรวจจับ NO แบบเลือกสรร2 ท่ามกลางก๊าซแทรกแซงหลายชนิด (ภาพ: สถาบันวิจัยมาตรฐานและวิทยาศาสตร์เกาหลี) คุณลักษณะอีกประการหนึ่งของเทคโนโลยีนี้คือความสามารถในการปรับปริมาณคาร์บอนในวัตถุดิบในระหว่างขั้นตอนการสังเคราะห์วัสดุ ซึ่งจะเป็นการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้า ซึ่งสามารถใช้เพื่อพัฒนาเซ็นเซอร์ที่สามารถตรวจจับก๊าซอื่นที่ไม่ใช่ NO ได้2เช่นก๊าซตกค้างที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ปฏิกิริยาทางเคมีที่ดีเยี่ยมของวัสดุยังสามารถนำมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าสำหรับการผลิตไฮโดรเจน ดร. จีฮุน มุน นักวิจัยอาวุโสของทีมมาตรวิทยาบูรณาการของ KRISS Semiconductor กล่าวว่า "เทคโนโลยีนี้ซึ่งเอาชนะข้อจำกัดของเซ็นเซอร์ก๊าซแบบเดิมๆ จะไม่เพียงแต่เป็นไปตามกฎระเบียบของรัฐบาลเท่านั้น แต่ยังอำนวยความสะดวกในการตรวจสอบสภาพบรรยากาศภายในประเทศอย่างแม่นยำอีกด้วย เราจะดำเนินการวิจัยติดตามผลต่อไปเพื่อให้สามารถประยุกต์เทคโนโลยีนี้กับการพัฒนาเซ็นเซอร์และตัวเร่งปฏิกิริยาก๊าซพิษต่างๆ นอกเหนือไปจากการตรวจสอบ NO2 ในชั้นบรรยากาศ”

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64326.php