ترکیب حسگر، نانوژنراتور و ابرخازن در یک محصول واحد

یک تیم تحقیقات بین‌المللی به رهبری دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، حسگری با قابلیت نظارت بر مولکول‌های گاز موجود در محیط یا تنفس انسان ساخته است که قادر به تامین انرژی مورد نیاز خود است.

کد خبر: ۱۰۷۱۳۹۷

دوشنبه - ۰۴ ارديبهشت ۱۴۰۲ / April 24, 2023

به گزاشر گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، یک تیم تحقیقات بین‌المللی به رهبری دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، حسگری با قابلیت نظارت بر مولکول‌های گاز موجود در محیط یا تنفس انسان ساخته است که قادر به تامین انرژی مورد نیاز خود است. این سیستم با ترکیب نانوژنراتور با میکروابرخازن، می‌تواند برای از حرکت بدن انسان، انرژی برداشت کرده و آن را ذخیره کند.

محققان جزئیات فناوری خود را در نشریه Nano Letters منتشر کردند، ابزاری که هزینه آن فقط چند دلار است و از تجهیزات گسترده‌ای که در دسترس استفاده می‌کند.

چنگ از محققان این پروژه می‌گوید: «این پروژه ترکیبی از نتایج مطالعات قبلی ما است که در آن به توسعه حسگر‌های گازی پوشیدنی می‌پرداختیم. ما از یک ماده برای تولید چندین مؤلفه بر روی یک پلتفرم واحد استفاده کرده‌ایم که با هم به‌عنوان یک سیستم مستقل کار می‌کنند.»

چنگ و تیمش پیش از این حسگر‌هایی را برای تشخیص دی اکسید نیتروژن ایجاد کرده بودند، که می‌تواند بیماری‌های مختلف ریوی را در بازدم نشان دهد. همچنین سایر گاز‌هایی که ممکن است نشان‌دهنده کیفیت پایین هوای محیط زیست باشد را تشخیص می‌دهد. آن‌ها همچنین یک فوم گرافن را با استفاده از لیزر و MXenes ساختند. روش جدید و ماده‌ای که آن‌ها به کار گرفتند موجب ساخت حسگری شده است که انعطاف‌پذیر بوده و می‌تواند با حرکات انسانی خم شود. محققان همچنین از این روش برای تولید ابرخازن قابل ارتجاع استفاده می‌کنند که می‌تواند انرژی تولید شده توسط حرکات انسانی را ذخیره کنند.

این گروه ابتدا تلاش کردند که این دو را با هم ترکیب کنند. آن‌ها ابتدا لیزری را روی فوم گرافنی متخلخل سه‌بعدی که قبلاً بر روی یک بستر انعطاف‌پذیر قرار گرفته، اعمال کردند. در مرحله بعد، محققان Mxenes را روی فوم گرافنی اسپری کردند و از لیزر دیگری برای ترکیب فوم و Mxenes در یک ماده نانوکامپوزیت استفاده کردند. آن‌ها نانوکامپوزیت را به یک الاستومر از پیش فشرده شده منتقل کردند، که به کامپوزیت اجازه می‌دهد که به آرامی باز شود.

چنگ گفت: استفاده از این لیزر تقریباً مانند تُست کردن یک تکه نان است، در واقع تست کردن باعث تغییر سطح نان و تبدیل آن به چیزی پایدارتر می‌شود. شما با یک محصول پایدار و متخلخل‌تر از آنچه که در ابتدا شروع کرده‌اید می‌رسید. این ماده حساسیت بیشتری برای حسگری دارد.

برای نشان دادن اثبات عملکرد، یکی از افراد، این حسگر گازی را زیر بینی و مچ دست خود می‌پوشد، همچنین نانوژنراتور را روی کفش‌های خود و ابرخازن‌ها را روی پیراهن خود قرار می‌دهد. این فرد با حرکت خود موجب برداشت انرژی توسط نانوژنراتور شده و ابرخازن‌ها نیز این انرژی را ذخیره می‌کنند و داده‌های حسگر نیز با کمک بلوتوث به یک گیرنده ارسال می‌شود جایی که دانشمندان می‌توانستند آن را تجزیه و تحلیل کنند. حسگر به طور مداوم بازدم و محیط را برای دی اکسید نیتروژن کنترل می‌کردند.