Kelebek Kanatlarından Esinlenilen Yeni Hidrojen Sensörü
Kelebek kanatlarının yüzeyinden esinlenen araştırmacılar, ışıkla etkinleşen, oda sıcaklığında ultra hassas sonuçlar üreten bir hidrojen sensörü geliştirdiler.
Bu teknoloji, hidrojen sızıntılarını güvenlik riski oluşturmadan çok önce tespit edebiliyor ve bağırsak bozukluklarını teşhis etmek için insanların nefesindeki küçük miktarlardaki gazı ölçebiliyor.
Ticari hidrojen sensörleri yalnızca 150oC ya da daha yüksek sıcaklıklarda çalışır, ancak Melbourne, Avustralya’daki RMIT Üniversite’sinden araştırmacılar tarafından geliştirilen bu prototip, ısı yerine ışıkla çalışıyor.
Kelebek kanatlarının yüzeyini taklit eden engebeli mikro yapılara dayanan sensör, ACS Sensors Dergisi’nde yayınlanan yeni bir çalışmada detaylandırılmıştır.
Yardımcı araştırmacı Dr Ylias Sabri, prototipin ölçeklenebilir, uygun maliyetli olduğunu ve şu anda piyasada bulunan hiçbir hidrojen sensörü ile eşleştirilemeyen toplu özellik paketi sunduğunu söylemiştir.
“Bazı sensörler küçük miktarları ölçebiliyor, bazıları ise daha büyük konsantrasyonları tespit edebiliyor; hepsi de çalışmak için çok fazla ısıya gereksinim duyuyor,” demiştir Sabri.
“Bizim geliştirdiğimiz hidrojen sensörü, her şeyi yapabiliyor – hassas, seçici, oda sıcaklığında çalışıyor ve çok çeşitli düzeylerde algılama yapabiliyor.”
Sensör, hidrojeni milyon molekül başına 10 parça (tıbbi teşhisler için) ile milyonda 40.000 parça (gazın potansiyel olarak patlayıcı hale geldiği seviye) kadar konsantrasyonlarda tespit edebiliyor.
Yardımcı araştırmacı Dr. Ahmad Kandjani, geniş tespit aralığının cihazı hem tıbbi kullanım için hem de gelişmekte olan hidrojen ekonomisinde güvenliği arttırmak için ideal hale getirdiğini söylemiştir.
“Hidrojen, geleceğin yakıtı olma potansiyeline sahiptir, ancak biliyoruz ki güvenlik korkusu bu yenilenebilir enerji kaynağında toplumun özgüvenini etkileyebilir”, demiştir.
“En küçük sızıntıları dahi tehlikeli hale gelmeden çok daha önce tespit edebilen hassas ve güvenilir algılama teknolojisi sunarak, dünya çapında enerji kaynaklarını dönüştürebilecek bir hidrojen ekonomisinin ilerlemesine katkıda bulunmayı umuyoruz.”
Kelebek Kanadı Pürüzlülükleri: Sensör Nasıl Çalışıyor?
Bu yeni sensörün yenilikçi çekirdeği, fotonik veya koloidal kristaller olarak bilinen küçük kürelerden oluşuyor. Kelebek kanatlarının yüzeyinde bulunan minik çıkıntılara benzeyen bu içi boş şekiller, ışığı absorbe etmede ultra verimli olan, oldukça düzenli yapılardır.
Bu verimlilik, yeni sensörün ihtiyaç duyduğu tüm enerjiyi ısı yerine bir ışık demetinden çekebileceği anlamına gelmektedir.
Doktora araştırmacısı olan ve çalışmanın ilk yazarı Ebtsam Alenezy, oda sıcaklığı sensörünün tipik olarak 150oC ila 400oC’de çalışan ticari hidrojen sensörlerine kıyasla daha güvenli ve çalıştırmanın daha maliyetli olduğunu söyledi.
“Fotonik kristaller sensörümüzün ışık ile aktive olmasını sağlıyorlar ve güvenilir gaz tespiti için önemli olan yapısal tutarlığı sağlıyorlar,” demiştir.
“Tutarlı bir yapıya, üretim kalitesine ve sonuçlara sahip olmak hayati önem taşımaktadır
“Fotonik kristaller için iyi-geliştirilmiş üretim süreci aynı zamanda yüzlerce sensör bir kerede hızlı bir şekilde üretilebildiğinden, teknolojimizin endüstriyel seviyelere kolayca ölçeklendirilebileceği anlamına gelmektedir.”
Bu sensörü yapmak için bir elektronik çip, ilk olarak ince bir fotonik kristaller tabakası ile, sonra da bir titanyum paladyum kompozit ile kaplanır.
Hidrojen, çip ile etkileşime girdiği zaman gaz, suya dönüştürülür. Bu proses, elektronik bir akım oluşturur ve sensör, akımın büyüklüğünü ölçerek ne kadar hidrojen olduğunu kesin olarak söyleyebilir.
Azot oksit varlığında zorlanan ticari sensörlerin aksine bu yeni teknoloji, yüksek oranda seçicidir. Bu yüzden hidrojeni diğer gazlardan doğru bir şekilde ayırt edebilmektedir.
Tıbbi Uygulamalar
Gastrointestinal bozukluklara bağlı olduğu bilinen yüksek hidrojen seviyeleri ile bu teknoloji, tıbbi teşhis ve izlemede kullanım için güçlü bir potansiyele sahiptir.
Şu anda, standart tanı yaklaşımı, işlenmek üzere laboratuvarlara gönderilen nefes örnekleridir.
Sabri, yeni çipin hızlı sonuçlar vermek için elde taşınan bir cihaza entegre edilebileceğini söylemiştir.
“Bağırsakta, sağlıklı hidrojen seviyeleri ile sağlıksız seviyeler arasındaki fark çok küçüktür – milyonda sadece 10 parça – ancak sensörümüz bu kadar küçük farklılıkları doğru bir şekilde ölçebilir” demiştir.
Teknoloji için geçici bir patent başvurusu yapılmış ve araştırma ekibi, sensörü ticarileştirmek için hidrojen sensörleri, yakıt hücreleri, piller veya tıbbi teşhis şirketleri üreticileri ile işbirliği yapmayı ummaktadır.
Kaynak: sciencedaily.com
