นาโนเทคโนโลยีในการผลิตเซ็นเซอร์ไฮโดรเจนที่โค้งงอได้

หลายปีที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ของอเมริกาได้วางแผนและให้คำมั่นสัญญาที่จะผลิตยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยก๊าซไฮโดรเจน แต่ผู้เชี่ยวชาญได้พิจารณาว่ายังมีอีกหลายปัญหาด้านเทคโนโลยีที่ต้องแก้ไขก่อนทีจะทำให้สัญญานั้นเป็นจริง

เมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์ของศูนย์วิจัย Argonne กระทรวงพลังงานสหรัฐฯได้ใช้ความเข้าใจเกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยีในการประดิษฐ์เครื่องเซ็นเซอร์ก๊าซไฮโดรเจน (เครื่องส่งสัญญาณที่ไวต่อก๊าซไฮโดรเจน) ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้ในยานยนตร์ไฮโดรเจน

ถ้าเปรียบเทียบกับเครื่องไฮโดรเจนเซ็นเซอร์ไฮโดรเจนในอดีตที่ไม่ยืดหยุ่นและใช้แร่แพลเลเดียมซื่งแพงกว่าเป็นส่วนประกอบ เครื่องเซ็นเซอร์ชนิดใหม่นี้มีความยืดหยุ่นมากขึ้นและด้วยส่วนประกอบของท่อนาโนคาร์บอนเบบชั้นเดี่ยว (Single-walled carbon nanotube) ที่มีประสิทธิภาพสูงและมีต้นทุนการผลิตต่ำกว่า ทำให้แน่ใจได้ถึงความปลอดภัยในการใช้เชื่อเพลิงไฮโดรเจน

นักวิจัยซุนและนักวิจัยหวางของ Argonne's Center for Nanoscale Materials and Materials Science Division ได้สร้างเซ็นเซอร์ชนิดใหม่โดยใช้ 2 ขั้นตอนที่อุณหภูมิสูงและที่อุณหภูมิต่ำ ขั้นตอนแรกนักวิจัยจะปลูกท่อนาโนคาร์บอนบนธาตุซิลิคอนโดยทำให้เกิดการทับถมกันของละอองสารเคมีที่อุณหภูมิ 900˚C หลังจากนั้นก็ย้ายท่อนาโนคาร์บอนไปยังฐานพลาสติกที่อุณหภูมิต่ำกว่า 150˚C โดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า dry transfer printing

ขั้นตอนการผลิตที่แม่นยำเป็นสิ่งที่สำคัญในการทำให้เยื่อบางๆของท่อนาโนถูกสร้างขึ้นบนแผ่นพลาสติกหลังจากการสะสมของแร่อณูของแพลเลเดียมบนท่อนาโนคาร์บอน แร่อณูของแพลเลเดียมเป็นส่วนประกอบสำคัญที่ช่วยกระตุ้นการเพิ่มของปฏิกิริยาระหว่างก๊าซไฮโดรเจนกับท่อนาโนคาร์บอนเพื่อที่จะเพิ่มการเปลี่ยนแปลงของค่าความต้านทานในช่วงที่โมเลกุลของก๊าซไฮโดรเจนมาสัมผัสกับเซ็นเซอร์

นายซุนได้กล่าวว่าเซ็นเซอร์เหล่านี้ได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพในด้านการตอบสนองที่ไวและรวดเร็ว การใช้แผ่นพลาสติกสามารถลดน้ำหนักโดยรวมและเพิ่มความยืดหยุ่นของครื่องจักรกลรวมถึงการต้านทานแรงสะเทือน เครื่องเซ็นเซอร์นี้สามารถพันรอบ ผิวที่โค้งและได้พิสูจน์แล้วว่าสามารถประยุกต์ใช้ได้ในยานพาหนะและวงจรอิเล็กทรอนิกส์

อย่างเช่น การรั่วของไฮโดรเจนจากรูเล็กๆของท่อในยานอวกาศไม่สามารถตรวจพบง่ายๆโดยใช้เซ็นเซอร์ที่ไม่ยืดหยุ่นเพราะว่า ตำแหน่งของรูเล็กๆไม่สามารถกำหนดไว้ล่วงหน้า แต่ว่าการจัดเรียงเซ็นเซอร์ที่ยืดหดได้บนผิวของท่อทำให้ตรวจจับไฮโดรเจนที่รั่วออกก่อนที่จะมีการเตือนของการเกิดการแพร่กระจาย

ไฮโดรเจนเซ็นเซอร์ที่ยืดหดได้แสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงของค่าความต้านทานถึง 75% ตอนที่ความเข้มข้นของก๊าซไฮโดรเจนในอากาศอยู่ที่ 0.05% อุปกรณ์นี้สามารถตรวจจับก๊าซไฮโดรเจนที่ความเข้มข้น 1% ที่อุณหภูมิห้องได้ในระยะเวลาเพียง3วินาที และยังคงปฏิบัติหน้าที่อย่างมีประสิทธิภาพแม้แต่จะโดนโค้งงอด้วยรัศมีความโค้ง 7.5มิลลิเมตร และถูกปล่อยให้คลายตัวถึง2000 ครั้ง


แหล่งข่าว: Argonne National Laboratory, US Department of Energy
เวบไซต์: http://www.sciencedaily.com/releases/2007/07/070731153416.htm

วันที่ 3 สิงหาคม 2550