دانشمندان به کمک نانوحفره ها دماسنج بسیار حساس ساختند - وبلاگ قطب نما

به گزارش وبلاگ قطب نما، دانشمندان موسسه تحقیقات علمی و صنعتی SANKEN در دانشگاه اوزاکا با استفاده از یک ترموکوپل، اثرات حرارتی جریان یونی را با استفاده از یک نانوحفره میزان گیری کردند.

به گزارش گروه دانشگاه وبلاگ قطب نما، دانشمندان موسسه تحقیقات علمی و صنعتی SANKEN در دانشگاه اوزاکا با استفاده از یک ترموکوپل، اثرات حرارتی جریان یونی را با استفاده از یک نانوحفره اندازه گیری کردند. آن ها دریافتند که در بیشتر مواقع، هم جریان و هم توان گرمایشی با ولتاژ اعمالی تغییر می کنند. این کار ممکن است منجر به ساخت حسگر های پیشرفته تر در مقیاس نانو شود.

نانوحفره ها، به قدری کوچک هستند که تنها یک رشته DNA یا ذره ویروس می تواند از آن عبور کند. به تازگی از نانوحفره ها برای ارائه یک پلت فرم نو به منظور ساخت حسگر استفاده شده است. در این نوع فناوری های تشخیصی مبتنی بر نانوحفره، اغلب یک ولتاژ الکتریکی بین دو طرف غشا اعمال می شود تا ماده مورد نظر از طریق نانوحفره قابل تجزیه و تحلیل باشد. در چنین ساختاری، یون های باردار در محلول جابه جا می شوند، اما تاثیر اعمال ولتاژ بر دما به طور گسترده مورد مطالعه قرار نگرفته است. اندازه گیری مستقیم اثرات حرارتی ناشی از این یون ها می تواند به کاربردی تر کردن نانوحفره ها به عنوان حسگر کمک کند.

به تازگی تیمی از محققان دانشگاه اوزاکا یک ترموکوپل ساخته شده از نانوسیم های طلا و پلاتین با نقطه تماسی به اندازه 100 نانومتر ساخته اند که به عنوان دماسنج عمل می کند. محققان از آن برای اندازه گیری دما استفاده کردند، که در آن یک نانوحفره روی فیلم با ضخامت 40 نانومتر که روی یک ویفر سیلیکونی معلق است، برای سنجش دما به کار گرفته شده است.

گرمایش ژول زمانی اتفاق می افتد که انرژی الکتریکی از طریق مقاومت سیم به گرما تبدیل می شود. این اثر در توستر ها و اجاق های برقی رخ می دهد و می توان آن را به عنوان پراکندگی غیرالاستیک از طریق الکترون ها در برخورد با هسته های سیم در نظر گرفت. در مورد نانوحفره، دانشمندان دریافتند که انرژی حرارتی متناسب با تکانه جریان یونی تلف می شود که مطابق با پیش بینی های قانون اهم است. هنگام مطالعه یک نانوحفره با اندازه 300 نانومتر، محققان جریان یونی یک نمک بافر فسفات را به عنوان تابعی از ولتاژ اعمال شده ثبت کردند. ماکوسا سوتسوی نویسنده اول این مقاله، می گوید: ما رفتار تقریبا اهمی را در طیف گسترده ای از شرایط تجربی نشان دادیم.

با نانوحفره های کوچک تر، اثر گرمایش بارزتر شد، زیرا مایع کمتری از سمت خنک تر می توانست برای یکسان کردن دما از آن عبور کند. در نتیجه، گرمایش می تواند یک اثر غیر قابل چشم پوشی ایجاد کند، به طوری که نانوحفره ها تحت شرایط استاندارد عملیاتی چند درجه افزایش دما را تجربه می کنند. توموجی کاوای، نویسنده ارشد این مقاله می گوید: ما انتظار داریم که حسگر های نانوحفره ای نوی ایجاد شود که نه تنها می توانند ویروس ها را شناسایی کنند، بلکه می توانند همزمان آن ها را نیز غیرفعال کنند.

نتایج این پروژه در قالب مقاله ای با عنوان Ionic heat dissipation in solid-state pores در Science Advances منتشر شده است.