कोरियाई रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड्स एंड साइंस (KRISS) ने अगली पीढ़ी की गैस सेंसर तकनीक विकसित की है जो कई खतरनाक गैसों को सटीक रूप से अलग करने के लिए सस्ती और सुरक्षित एलईडी लाइट का उपयोग करती है। उच्च तापमान पर काम करने वाले पारंपरिक सेंसर की तुलना में, नई तकनीक बहुत कम ऊर्जा की खपत करती है, जो व्यापक रूप से लागू होने के साथ-साथ बेहतर आर्थिक दक्षता प्रदान करती है। इससे औद्योगिक वातावरण के साथ-साथ दैनिक जीवन में गैस सुरक्षा बढ़ने की उम्मीद है।
वर्तमान में औद्योगिक सेटिंग्स में उपयोग किए जाने वाले गैस सेंसर आमतौर पर उच्च तापमान पर काम करते हैं, गैस अणुओं के साथ प्रतिक्रियाशीलता में सुधार करने के लिए 200 से 400 डिग्री सेल्सियस का तापमान बनाए रखते हैं। इस दृष्टिकोण के लिए प्रत्येक सेंसर को एक माइक्रो-हीटर से लैस करने की आवश्यकता होती है जो डिवाइस को लगातार गर्म करता है, जिससे उच्च बिजली की खपत होती है। उच्च तापमान के बार-बार संपर्क में आने से सामग्री का क्षरण भी तेज हो जाता है, जिससे सेंसर का परिचालन जीवन कम हो जाता है।
इन सीमाओं को पार करने के लिए, हीटर के बजाय पराबैंगनी (यूवी) या दृश्य प्रकाश एलईडी पैनल को शामिल करने वाले गैस सेंसर प्रस्तावित किए गए हैं। हालाँकि, उनका व्यावसायीकरण सुरक्षा और प्रदर्शन के मुद्दों के कारण सीमित है। जबकि यूवी सेंसर गैसों के प्रति तीव्र प्रतिक्रिया प्रदान करते हैं, वे मानव संपर्क में आने पर त्वचा के नुकसान का संभावित खतरा पैदा करते हैं। दूसरी ओर, दृश्य प्रकाश एलईडी सेंसर अधिक सुरक्षित हैं लेकिन गैस अणुओं के साथ उनकी प्रतिक्रियाशीलता कम है, जिससे नाइट्रोजन डाइऑक्साइड के अलावा अन्य गैसों का पता लगाना चुनौतीपूर्ण हो जाता है।
KRISS में उभरते सामग्री मेट्रोलॉजी समूह के प्रमुख शोधकर्ता डॉ. क्वोन की चांग और सियोल नेशनल यूनिवर्सिटी में सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग विभाग के पीएचडी छात्र नाम जी बेक ने एक नैनोस्ट्रक्चर विकसित किया है जिसमें इंडियम सल्फाइड (In2S3) को इंडियम ऑक्साइड (In2O3) पर बारीक रूप से जमा किया जाता है, जो दृश्य प्रकाश एलईडी-आधारित गैस सेंसर के प्रदर्शन को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है।
टाइप-I हेटेरोजंक्शन कॉन्फ़िगरेशन में डिज़ाइन किया गया नैनोस्ट्रक्चर एक “ऊर्जा कुएं” के रूप में कार्य करता है जो फोटो-जनित चार्ज वाहक को बाहर की ओर फैलने से रोकता है और इसके बजाय प्रकाश के संपर्क में आने पर उन्हें प्रतिक्रियाशील सतह पर केंद्रित करता है। प्रकाश ऊर्जा दक्षता के उपयोग को अधिकतम करके, संरचना बाहरी ताप स्रोत की आवश्यकता के बिना, केवल नीली एलईडी प्रकाश व्यवस्था का उपयोग करके गैस अणुओं के साथ तत्काल संपर्क को सक्षम बनाती है।
अनुसंधान टीम ने विकसित हेटेरोजंक्शन संरचना पर प्लैटिनम (पीटी), पैलेडियम (पीडी), और सोने (एयू) नैनोकणों से लेपित सेंसर लगाकर एक इलेक्ट्रॉनिक नाक (ई-नाक) प्रणाली लागू की। प्रत्येक महान धातु उत्प्रेरक को विशिष्ट गैसों पर चुनिंदा रूप से प्रतिक्रिया करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिससे सिस्टम मानव गंध के समान मिश्रित गैस वातावरण में भी हाइड्रोजन, अमोनिया और इथेनॉल जैसी खतरनाक गैसों को स्पष्ट रूप से अलग कर सकता है।
प्रदर्शन परीक्षणों से पता चला है कि सेंसर 201.03 पार्ट्स प्रति बिलियन (पीपीबी) की पहचान सीमा (एलओडी) तक पहुंच गया है, जो पारंपरिक एलईडी सेंसर की तुलना में संवेदनशीलता में लगभग 56 गुना सुधार दर्शाता है। डिवाइस ने 80% आर्द्रता के तहत भी स्थिर संचालन बनाए रखा और 300 दिनों से अधिक के दीर्घकालिक मूल्यांकन में अपने प्रारंभिक प्रदर्शन को बरकरार रखा, जिससे इसकी उच्च स्थायित्व की पुष्टि हुई।
नई तकनीक न्यूनतम ऊर्जा खपत करते हुए एक ही सेंसर को कई प्रकार की गैसों की पहचान करने में सक्षम बनाती है, जिससे यह औद्योगिक और घरेलू अनुप्रयोगों के लिए आर्थिक रूप से व्यवहार्य हो जाती है। एक ही इंस्टॉलेशन के साथ विभिन्न खतरनाक गैसों का एक साथ पता लगाने से, यह कारखानों और बिजली संयंत्रों में सेंसर तैनात करने की लागत को काफी कम कर सकता है। कम रखरखाव लागत के साथ, आवासीय सुविधाओं और सार्वजनिक स्थानों में वायु गुणवत्ता की वास्तविक समय की निगरानी के लिए प्रौद्योगिकी को आसानी से अपनाया जा सकता है।
सेंसर उच्च तापमान हीटिंग की आवश्यकता के बिना कमरे के तापमान पर काम करता है, जो इसे स्मार्टफोन और स्मार्टवॉच जैसे पोर्टेबल उपकरणों में एकीकरण के लिए उपयुक्त बनाता है। एक बार व्यावसायीकरण हो जाने के बाद, प्रौद्योगिकी उपयोगकर्ता-केंद्रित सुरक्षा सेवाओं को सक्षम कर सकती है, जिससे व्यक्तियों को अपने दैनिक मार्गों पर वास्तविक समय में खतरनाक पर्यावरणीय स्थितियों की निगरानी करने और संभावित गैस रिसाव पर तुरंत प्रतिक्रिया करने की अनुमति मिलती है।
डॉ. क्वोन की चांग ने कहा कि टीम विशिष्ट साइट स्थितियों के लिए उपयुक्त खतरनाक गैसों का चयन करने में सक्षम वैयक्तिकृत स्मार्ट सेंसर विकसित करने के लिए उत्प्रेरक संयोजनों को और अधिक अनुकूलित करने की योजना बना रही है।
आलेख: चयनात्मक मल्टी-गैस भेदभाव के लिए प्रकार-I Inâ‚‚Sâ‚‚/Inâ‚‚Oâ‚ पर आधारित दृश्यमान प्रकाश-चालित हेटेरोजंक्शन सरणी – जर्नल: छोटा – DOI: अध्ययन से लिंक
स्रोत: क्रिस/एनएसटी केआर
