تشخیص ساده گازها بوسیله رنگ آنها

محققان موسسه ملی علوم مواد ژاپن، دانشگاه «هاروارد» و دانشگاه «کنتیکت» دستگاه ساده‌ای را طراحی و ساخته‌اند که نوع گازها را با رنگ‌های رنگین کمانی آنها مشخص می‌کند.

کد خبر: ۵۵۸۹۸۴

تاریخ: ۲۹ آذر ۱۴۰۱ - ۰۹:۳۹

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از تی ان، گروهی از محققان دستگاه ساده‌ای را طراحی و ساخته‌اند که قادر به تصویربرداری از گاز تزریق شده به آن در چندین رنگ مطابق با خواص گازی آن است و قابلیت تشخیص گاز از روی رنگ را فراهم می‌کند.

این دستگاه کاربرپسند فشار ایجاد شده توسط گاز تزریق شده را به رنگ‌های ساختاری تبدیل می‌کند و در نتیجه از آن تصویربرداری می‌کند. این فناوری ممکن است به طور بالقوه طیف گسترده‌ای از کاربردها در حوزه نظارت بر محیط زیست، تضمین ایمنی(Safety Assurance) و مراقبت‌های بهداشتی به همراه داشته باشد.

تصویربرداری از گازها در بسیاری از پروژه‌های تحقیقاتی پایه و کاربردی مرتبط با گاز، مهم است زیرا تقریبا همه گازهای محیط بی‌رنگ و نامرئی هستند. تنها چند روش برای تصویربرداری جریان گاز محیط، توسعه یافته است که می‌توان به استفاده از دوربین‌های مادون قرمز که قادر به تشخیص تغییرات دما و اندازه گیری جریان هوا با استفاده از رهاسازی ذرات ردیاب در هوا هستند، اشاره کرد. این روش‌ها به تجهیزات پیچیده‌ای نیاز دارند و برای تصویربرداری از انواع مختلف گازها نامناسب هستند. علاوه بر این تصاویری که آنها تولید می‌کنند برای تجزیه و تحلیل ویژگی‌های گازی مناسب نیستند. یک روش ساده که قادر به تصویربرداری و تجزیه و تحلیل همه انواع گازها است، ممکن است کاربردهای گسترده‌ای مانند اندازه گیری‌های مبتنی بر تصویر داشته باشد.

این تیم تحقیقاتی دستگاهی ساخته است که قادر به تصویربرداری و تمایز گازهای مختلف با استفاده از طیف گسترده‌ای از رنگ‌ها(به عنوان مثال، رنگ‌های ساختاری) از طریق یک روش ساده و استفاده از پلی دی متیل سیلوکسان(PDMS) است.

پلی دی متیل سیلوکسان(PDMS) یک ماده نرم است که برای اولین بار به شکل یک ورقه ساخته شد. سپس بخشی از سطح پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان با پلاسمای آرگون پوشانده شد. سطح پوشانده شده با پلاسما روی سطح یک بستر شیشه‌ای که پلاسما به صورت لایه‌ای در آن قرار داده شده بود، قرار داده شد و در آن حالت آنها به طور کامل در تماس با یکدیگر بودند. سطح پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان پوشانده شده با پلاسما، هنگامی که توسط یک گاز تزریق شده، فشرده شد و از مرز محکم بین لایه‌های پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان و شیشه‌ عبور کرد، یک ریز الگوی موج مانند دوره‌ای را تشکیل داد. این فشرده سازی و تشکیل ریزالگوی حاصل به تولید رنگ‌های ساختاری منجر شد.

این مکانیسم برای تصویربرداری و تمایز هر نوع گازی قابل اجرا است. هنگامی که جریان گاز ورودی قطع می‌شود، رنگ‌های ساختاری به طور کامل ناپدید می‌شوند. درجه تغییر شکل پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان به میزان/نرخ جریان، ویسکوزیته و چگالی گازهای تزریق شده بستگی دارد. از آنجایی که همه گازها دارای ویسکوزیته و چگالی منحصر به فرد هستند، از این دستگاه می‌توان برای تمایز و تجزیه و تحلیل نمونه‌های گاز بر اساس این ویژگی‌ها تحت نرخ جریان ثابت استفاده کرد.

در تحقیقات آینده، محققان این مطالعه برای بهینه‌سازی این دستگاه و بهبود حساسیت آن با هدف سازگاری آن با کاربردهای مختلف(مانند شناسایی گازهای محیطی و نمونه‌های بیولوژیکی) تلاش خواهند کرد. محققان این مطالعه همچنین در نظر دارند با ادغام این روش با تکنیک‌های تشخیص تصویر و یادگیری ماشین و یک دستگاه کوچک افزاره بارجفت‌شده( Charge-coupled device، CCD) یک تکنیک جدید شناسایی گاز با ساختاری ساده توسعه دهند. افزاره بارجفت‌شده یا افزاره رنگ‌بردار یک حسگر تصویربرداری است که از یک مدار یکپارچه شامل آرایه‌ای از خازن‌های متصل یا تزویج‌شده تشکیل می‌شود.