اثر ميدان الكتريكي در كانال ميكروفلوئيديك بر انتخابگري حسگر گاز

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

برق

دكتري

حسگرهاي گاز كاربردهاي متنوعي مانند پايش محيط زيست، تشخيص و شناسايي تركيبات آلي فرار، ارزيابي كيفيت مواد غذايي و تشخيص بيماري¬ها دارند. قابليت اطمينان در تجزيه و آناليز گازها به حساسيت و گزينش¬پذيري حسگر گاز بستگي دارد. اكثر حسگرهاي گاز رايج مانند حسگرهاي اكسيد فلزي، گزينش¬پذيري پاييني دارند. براي رفع محدوديت و نقصان اين حسگرها تاكنون روش¬هاي مختلفي ارائه شده است. يكي از روش¬هاي اميدواركننده براي افزايش گزينش¬پذيري حسگرهاي گاز اكسيد فلز، استفاده از كانال¬هاي ميكروفلوئيديك است. در اين روش يك حسگر گاز عام در انتهاي يك كانال ميكروفلوئيديك تعبيه مي¬شود. سرعت نفوذ گاز در حين عبور از داخل كانال بر اساس نرخ نفوذ و نرخ جذب يا واجذب بر روي ديواره¬ها تغيير پيدا مي¬كند و در نهايت پاسخ حسگر گاز در انتهاي كانال تغيير شكل و تاخير معناداري پيدا مي¬كند. اين تغيير و تاخير در پاسخ حسگر براي هر نوع گاز با توجه به نرخ نفوذ و جذب سطحي متفاوت است كه به تشكيل يك پاسخ منحصر به فرد براي هر گاز منجر مي¬شود. بهينه¬سازي هندسه و ابعاد كانال، پوشش¬دهي ديواره¬هاي داخلي آن و انتخاب حسگرهاي مناسب¬تر از جمله تلاش¬هاي صورت گرفته توسط محققان براي افزايش بيشتر گزينش¬پذيري بوده است. در اين پژوهش با كمك لايه¬نشاني فلزات بر روي دو سطح بالايي و پاييني كانال ابتدا تاثير پوشش¬دهي فلزات بر پاسخ حسگر گاز مورد بررسي قرار گرفته است. اين پوشش¬دهي نرخ جذب و واجذب روي ديواره¬ها را تغيير مي¬دهد و پاسخ آن را دستخوش تغيير مي¬كند. نتايج تجربي نشان داد كه پوشش داخلي كانال تاثير قابل توجهي بر پاسخ گذراي حسگر دارد. پاسخ هاي گذرا به دست آمده تا حدي همبستگي ندارند. اين امر امكان استفاده از چندين كانال را براي ساخت يك آرايه حسگر و به دست آوردن اطلاعات متمايزتر براي تجزيه و آناليز گاز فراهم مي كند. تاثير اين عامل بر پاسخ حسگر به عنوان يك روش مدوله¬كننده غيرفعال شناخته مي¬شود زيرا كه پس از طراحي و ساخت كانال امكان تغيير آن وجود ندارد و امكان كنترل سرعت گاز در حين عبور آن از داخل كانال وجود ندارد. سپس دو سطح فلزي ايجاد شده بر جداره¬هاي داخلي كانال به عنوان الكترود مورد استفاده قرار گرفت و يك پتانسيل الكتريكي ثابت بين اين دو الكترود اعمال شد. بنابراين يك ميدان الكتريكي عرضي ثابت در كانال ايجاد شد و تاثير آن به ازاي ولتاژهاي باياس مختلف مورد بررسي قرار گرفت. تاثير ميدان الكتريكي بر پاسخ حسگر به بخارات الكل¬هاي سبك به ازاي شدت¬هاي ميدان الكتريكي مختلف آزمايش شد. نمودارها نشان داد كه اعمال ميدان الكتريكي سبب تسريع سرعت پاسخ اتانول مي¬شود در حالي¬كه بر پاسخ ساير بخارهاي تحت آزمايش تقريبا بي اثر است. اعمال ميدان الكتريكي سبب تسريع در واكنش¬ اكسيداسيون اتانول در داخل كانال مي¬شود. دو فرضيه محتمل وجود دارد كه افزايش سرعت واكنش اكسيداسيون يا به طور مستقيم تحت تاثير ميدان الكتريكي و يا در اثر فعاليت كاناليزوري فلزات لايه¬نشاني شده بر جداره كانال صورت مي¬گيرد. در نهايت اين پديده مي¬تواند براي تسهيل آناليز مخلوط گازهاي دوتايي و سه¬تايي اتانول استفاده شود. بنابراين، مدولاسيون فعال جريان گاز به كمك ميدان الكتريكي مي¬تواند به عنوان مبنايي براي افزايش گزينش¬پذيري حسگر عام و به دست آوردن اطلاعات بيشتر مربوط به گاز با استفاده از الگوهاي مدولاسيون ولتاژ مختلف باشد.

233419

الكترونيك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان