توسعه حسگرسازان آسیا

دستگاهی با قابلیت اندازه‌گيري سطح ويژه BET، جذب شيميايي، دفع و احيای برنامه ریزی شده دمايي براي تعيين مشخصات مواد نانو ساختاراین دستگاه يكي از پركاربردترين دستگاه‌ها در تعيين مشخصات مواد نانوساختار از جمله نانوذرات فلزي، اكسيد فلزي، سولفيدي، نانولوله‌ها، نانوالياف، نانو جاذب‌ها و … مي‌باشد. مهمترين مشخصه‌هايي از مواد كه توسط اين دستگاه قابل اندازه‌گيري هستند، عبارتند از: سطح BET، توزيع و دانسيته سايت‌هاي فعال، خواص جذبي نانوذرات، مكانيزم و دماي احياي نانو اكسيد‌هاي فلزي. عمده آناليزها بر مبناي جذب فيزيكي يا شيميايي و تكنيك‌هاي برنامه‌ريزي شده دمايي صورت مي‌گيرد. اين تكنيك‌ها داراي اين مزيت است كه از نظر تجربي در مقايسه با ساير روش هاي اسپكتروسكوپي ساده‌تر و ارزان‌تر مي‌باشند. همچنين تفسير نتايج بدست آمده از اين روش ها از نظر كيفي و كمي نسبتا ساده و واضح مي‌باشد. کاربردهای دستگاهاز اين دستگاه در شناسايي و تعيين مشخصات و خواص مواد نانوساختار شامل نانوالياف، نانوذرات، نانولوله‌ها، نانوكاتاليست‌ها، نانوجاذب‌ها نانوفيلترها، غشاءها و … استفاده مي‌شود. خواص مورد بحث، مجموعه وسيعي از خواص بالك، سطح و خواص جذبي فيزيكي يا شيميايي را در بر مي‌گيرد. این دستگاه يكي از مهمترين دستگاه‌هاي آناليز آزمايشگاهي بوده که مورد نیاز تمامی آزمايشگاه‌ها و مراكز تحقيقاتي فعال در زمینه فناوري نانو می باشد. از جمله کاربردهای دستگاه می توان به موارد زیر اشاره نمود:صنایع نفت، گاز و پتروشیمیفناوری نانو و علم موادبهداشت و ایمنی محیط های حساسمحیط زیست و تصفیه قابلیت های دستگاهتعیین مساحت ویژه مواد در محدوده ( 5±2000 مترمربع بر گرم) برای مواد نانو ساختار با حدود اندازه 1- 300 نانومتراحیا برنامه ریزی شده دمایی ( Temperature Programmed Reduction, TPR) توسط هیدروژن برای نانوساختارهای اکسیدی و سولفید فلزی، با دقت تکرار پذیری پیک های آن با تقریب ±5درجه سانتیگرادجذب و دفع برنامه ریزی شده دمایی ( Temperature Programmed Desorption, TPD) گازهای آمونیاک، CO2، اکسیژن و CO برای اندازه گیری سایت های اسیدی و بازی و سایت های فعال نانوساختارها، با دقت تکرار پذیری پیک های آن با تقریب ±5درجه سانتیگراداکسایش با برنامه دمایی ( Temperature Programmed Oxidation, TPO ) نانو ساختارهای شامل فلز، با دقت تکرار پذیری پیک های آن با تقریب 5± درجه سانتیگرادانجام تیتراسیون پالس برای بررسی سایت های جذب فیزیکیاندازه متوسط ذراتقابلیت اتصال به دستگاه های شناسایی جانبی از قبیل GC و FTIR 

دستگاه   (Gas Sensor and Catalyst Integrated Testing system (GSCITS از یکپارچه سازی ( انتگراسیون ) دو دستگاه کاتاتست ( برای اندازه گیری عملکرد کاتالیست های ناهمگن ) و تست عملکرد حسگرهای ( سنسورهای ) نیمه هادی ( برای اندازه گیری حساسیت و انتخاب پذیری ) طراحی و ساخته شده است. این دستگاه می تواند نیاز آزمایشگاه های تحقیقاتی که در زمینه تحقیق و توسعه­ی حسگرهای بر پایه نیمه هادی (semiconductor-based sensors) تحقیق می نمایند و همچنین آزمایشگاه هایی که در زمینه ارزیابی، سنتز و توسعه­ی کاتالیزورهای ناهمگن فعالیت می نمایند را برآورده سازد.

این دستگاه دارای دو کاربرد عمده است. کاربرد اول، جداسازی گازی با انواع غشا و کاربرد دوم آنالیز Permporometry  برای به دست آوردن توزیع اندازه حفرات لایه سطحی غشا می باشد که توسط دستگاههای دیگر آنالیز قابل اندازه گیری نیست.  این اولین دستگاه Permporometry  در ایران است.امروزه صنعت غشایی از جمله صنایع در حال رشد و جدید در زمینه جداسازی گازی می باشد. جداسازی گازی در بخش های مختلف صنعت نفت، پتروشیمی، صنایع گاز و …. می باشد. قابلیت های دستگاهاستفاده از کنترل کننده های جریان جرمی (MFC) برای تهیه گاز خوراک با ترکیب دقیقاستفاده از شیرهای برقی برای تغییر مسیر جریان های گازکنترل فشار با استفاده از مبدل فشار و رگلانور تنظیم فشار جریان بالادست (Back Pressure Regulator)امکان تعبیه انواع مدولهای غشایی معدنی و پلیمری، دیسکی و لوله ای، متقارن و غیر متقارن و …امکان انجام جداسازی غشایی در دماها و فشارهای مختلفامکان جداسازی غشایی و Permporometryاندازه گیری توزیع حفرات سطح رویین غشاءتطبیق پذیری با انواع دستگاه های آنالیز گازی از جمله GCسازگار با انواع گازها ازجمله گازهای خورنده و سمیقابلیت استفاده جهت غشاء های ماکرو، مزو و میکرو حفرهتشخیص حفرات و شکاف های بزرگ در ساختار غشای میکرو حفرهاستفاده از حلال های مختلف بسته به نوع غشاء کاربرد های دستگاه1- جداسازی گازی به کمک غشاء2- روش پرمپرومتری (Permporometry) 

این دستگاه در دو نوع ناپیوسته و جریانی بر اساس استاندارد های آمریکایی و کشوری که برگرفته از استاندارد اروپایی است و به سفارش آزمایشگاه کاتالیست و مواد نانوساختار دانشگاه تهران ساخته شده است. حسگرهای تجاری CO و گاز شهری در این دستگاه در غلظت ­های مختلف گازها در شرایط دمایی مختلف و در حضور رطوبت و گازهای مزاحم همچون بوها و VOCs تستشده و از عملکرد صحیح آن­ها اطمینان حاصل می ­گردد. این دستگاه دارای سیلندر گازهای استاندارد با ترکیب ­های مختلف از گازهای CO و متان و گازهای مزاحم، کنترل ­کننده­ های جریان جرمی، دستگاه تولید هوای تصفیه شده بدون آلاینده، چیلر، تبخیرکننده برای تنظیم رطوبت، محفظه حسگر، شیرها و اتصالات، مدارهای الکترونیکی کنترل، کامپیوتر و نرم ­افزار کنترل کننده می ­باشد. همچنین نمونه ­های متعددی از دستگاه ­های ساده­ تر تست حسگرهای آزمایشگاهی در شرایط مختلف، ساخته شده و سال­هاست مورد استفاده قرار گرفته است.طبق مصوبه سازمان استاندارد هرگونه حسگر مورد استفاده در اماکن مسکونی، تجاری، اداری و … کشور باید استاندارد ملی را کسب کند و تنها دستگاه موجود در کشور برای انجام این تست­های استاندارد در اختیار محققین شرکت می­باشد. در صورت اعمال استاندارد اماکن فوق نیاز به دهها دستگاه تست استاندارد حسگر می­باشد که بازار بالقوه این دستگاه­ ها می­ باشد.شرکت توسعه حسگرسازان آسیا آمادگی ارائه خدمات در زمینه انجام تست استاندارد حسگرهای گازی در شرایط عملیاتی مختلف را دارا می باشد.

در این آنالیز سطح ویژه مواد (SSA) از طریق روش BET محاسبه می گردد. این روش بر مبنای جذب نیتروژن در دمای نیتروژن مایع (77 K) و سپس دفع آن در دمای محیط بنا شده است.این آنالیز برای دانشجویان رشته های نانو، مهندسی مواد، مهندسی شیمی، مهندسی مکانیک، مهندسی نفت و … بسیار پرکاربرد می باشد.

این آنالیز یکی از پر کابرد ترین آنالیز ها برای بررسی کاتالیست ها می باشد که بر مبنای عبور گاز احیا کننده ( هیدروژن یا منواکسید کربن ) از روی نمونه و واکنش آن با اکسیژن های ساختاری آن در حین عملیات حرارت دهی به نمونه می باشد. در نهایت میزان هیدروژن (یا CO) مصرف شده به صورت نموداری بر حسب دما قابل ارائه می باشد.قابلیت های این آنالیز:ارائه نمودار کیفی میزان مصرف هیدروژن (یا CO) بر حسب دمابررسی مراحل احیا پذیری نمونه هاارائه میزان کمی مصرف هیدروژن (یا CO)تفکیک پیک ها و ارائه سطح زیر نمودار برای هر پیک پارامتر های انجام آنالیز:انجام عملیات گاز زدایی برای خالص سازی نمونه هانرخ حرارت دهی: 1 تا 100 درجه بر دقیقهگاز احیا کننده: H2 یا COحداکثر دمای عملیاتی: 1000 درجه سانتیگرادفشار عملیاتی: 1 اتمسفر

این آنالیز یکی از پر کابرد ترین آنالیز ها برای بررسی کاتالیست ها می باشد که بر مبنای عبور گاز احیا کننده ( هیدروژن یا منواکسید کربن ) از روی نمونه و واکنش آن با اکسیژن های ساختاری آن در حین عملیات حرارت دهی به نمونه می باشد. در نهایت میزان هیدروژن (یا CO) مصرف شده به صورت نموداری بر حسب دما قابل ارائه می باشد.قابلیت های این آنالیز:ارائه نمودار کیفی میزان مصرف هیدروژن (یا CO) بر حسب دمابررسی مراحل احیا پذیری نمونه هاارائه میزان کمی مصرف هیدروژن (یا CO)تفکیک پیک ها و ارائه سطح زیر نمودار برای هر پیک پارامتر های انجام آنالیز:انجام عملیات گاز زدایی برای خالص سازی نمونه هانرخ حرارت دهی: 1 تا 100 درجه بر دقیقهگاز احیا کننده: H2 یا COحداکثر دمای عملیاتی: 1000 درجه سانتیگرادفشار عملیاتی: 1 اتمسفر

این آنالیز نیز از پر کابرد ترین آنالیز ها برای بررسی کاتالیست های پایه دار ( از جمله فلزات گرانبها بر پایه های اکیسدی) می باشد در این آنالیز حجم مشخصی از گاز مورد نظر (H2, CO) به صورت ضربانی (pulse) بر روی نمونه تزریق شده و میزان جذب آن بر روی نمونه مورد بررسی قرار می گیرد. از طریق این آنالیز می توان به محاسبه دیسپرژن و درجه احیا پرداخت.قابلیت های این آنالیز:ارائه نمودار کیفی میزان مصرف گاز بر حسب زمانارائه سطح زیر نمودار برای هر پیکمحاسبه دیسپرژن (Dispersion) و درجه احیا (Degree of Reduction) پارامتر های انجام آنالیز:انجام عملیات گاز زدایی برای خالص سازی نمونه هانرخ حرارت دهی: 1 تا 100 درجه بر دقیقهگاز مورد استفاده: CO, H2حداکثر دمای عملیاتی: 1000 درجه سانتیگرادفشار عملیاتی: 1 اتمسفرنمونه ایی از آنالیز انجام شده توسط دستگاه را در زیر مشاهده می نمایید.

کاتالیست ها (اکسید) فلزات واسطه و … بر پایه های اکسیدی با ارتقاء دهنده ها میباشند که استفاده گسترده ای در صنایع پالایش نفت و گاز، تبدیل گاز و بخصوص پتروشیمی دارد، بطوریکه 85 درصد از محصولات شیمیائی و پتروشیمی با استفاده از کاتالیست تولید می شوند. همچنین این کاتالیستها در صنایع فولاد، مواد غذائی و از همه مهمتر در خودرو ها استفاده می شوند.محققین شرکت با اطلاعات وسیع علمی و نیز تجربیات چند ده ساله روی ساخت و تعیین مشخصات و تست کاتالیست ها تاکنون کاتالیست­های کراکینگ بستر سیال (RFCC)، گوگردزدائی سوخت خودروها، تبدیل گاز به سوخت­های مایع(GTL) و مبدل کاتالیستی خودروهای بنزینی را در مقیاس Bench تهیه نموده و آمادگی تولید انبوه آنها را دارند.سالانه صدها میلیون دلار کاتالیست در موارد فوق در کشور مصرف می شود. کاتالیست RFCC از پرمصرف ترین و مبدل کاتالیستی از گرانترین این کاتالیست ها با استفاده وسیع می باشد.

نانو لوله های کربنی، گرافن و نانو ساختار های (اکسید) فلزات از پرمصرف ترین محصولات فناوری نانو می باشند که با سابقه چند تا بیش از ده سال توسط محققین شرکت در مقیاس آزمایشگاهی ساخته شده و در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار گرفته است. آمادگی تولید مقیاس پایلوت و سپس تولید انبوه این نانوساختار ها در شرکت وجود دارد.

نانو لوله های کربنی، گرافن و نانو ساختار های (اکسید) فلزات از پرمصرف ترین محصولات فناوری نانو می باشند که با سابقه چند تا بیش از ده سال توسط محققین شرکت در مقیاس آزمایشگاهی ساخته شده و در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار گرفته است. آمادگی تولید مقیاس پایلوت و سپس تولید انبوه این نانوساختار ها در شرکت وجود دارد.

حسگر گازهای CO، گاز شهری (متان)،H2S و VOCsاز میان حسگرهای گاز تکیه اصلی شرکت روی 4 حسگر گاز شهری (متان) و CO و نیز دستگاه تست استاندارد آن­ها، حسگرهای H2S و ترکیبات آلی فرار (VOCS) بوده است. معرفیحسگرهای گاز بر اساس تغییر مقاومت نیمه ­هادی ­های اکسید فلزی غیر استوکیومتری همچون SnO2، ZnO،In2O3 ، Ga2O3، TiO2 و … با تغییر غلظت گاز مورد نظر در هوا در دماهای حدود 100-500oC کار می­کند. این حسگرها از سه جزء المان حساس، مدار الکترونیک و بدنه پلاستیکی تشکیل شده است. فناوری و  طراحی و ساخت دوتای آخر نسبتاً ساده بوده و به انجام رسیده است. ولی المان حساس قلب حسگر می­باشد و تمرکز کار شرکت بر آن بوده است. المان حساس خود دارای اجزاء مختلفی همچون پین­ها و نگهدارنده آن­ها، زیرلایه، لایه نازک اکسید فلزی، میکروهیتر و اتصالات دمای بالا و … می ­باشد. ترکیب اکسیدهای فلزی از مهمترین عوامل تعیین کننده مشخصات حسگر همچون حساسیت، حد تشخیص، طول عمر و انتخابگری حسگر می ­باشد که ده­ها ترکیب در شرایط مختلف در شرکت تست شده و بهترین آن­ها برای هر گاز تعیین شده است. این حسگرها با استفاده از فیلتر های کاتالیستی و Dopants نسبت به هریک از گاز ها در حضور گازهای مزاحم از جمله VOCs و بو های Indoor انتخابگر شده اند. کاربردها و بازارحسگر CO برای هشدار انتشار گاز کشنده بی­ بو و رنگ CO و جلوگیری از مرگ خاموش در اماکن مسکونی، اداری، تجاری و … و حسگرهای گاز شهری برای هشدار نشت گاز شهری و جلوگیری از آتش­سوزی در این اماکن بکار می رود. در نتیجه در کشورهای توسعه یافته جزء کدهای استاندارد ساختمانی بوده و مصرف دهها میلیونی دارد. در کشور این حسگرها بطور محدود استفاده می­شود و استفاده گسترده آن­ها منوط به اعمال کدهای استاندارد ساختمان می­باشد. این حسگرها باید در تست­های استاندارد ملی که دستگاه­ های تست آن­ها که منحصرا توسط محققین شرکت توسعه یافته بررسی شوند.حسگر های VOCs برای تعیین میزان آلودگی هوای Indoor در دستگاه های تصفیه هوا که یکی از محصولات عمده این شرکت می باشد بکار می روند.حسگر گاز H2S در صنایع نفت گاز و پتروشیمی مورد استفاده قرار می­گیرد و دارای فناوری پیشرفته Thin Film می­ باشد.

تحقیقات وسیعی توسط محققین شرکت روی حسگرهای زیستی الکتروشیمیایی بخصوص قند خون با استفاده از (اکسید) فلزات و یا آنزیم­ های Redox روی الکترودهای بهبودیافته با مواد نانوساختار با سطح زیاد همچون نانولوله ­های کربنی و گرافن در طول چندین سال انجام گرفته است. این حسگرهای فردی برای تعیین قندخون بیماران دیابتی که حدود 10% جمعیت کشور می ­باشند، بکار می­رود و دارای استفاده میلیونی در کشور می ­باشد. شرکت آمادگی توسعه ساخت این حسگرها با همکاری برخی محققین اصلی کشور در مقیاس پایلوت و سپس تولید انبوه را دارد.

دستگاه  LPCVD از رکن های اصلی آزمایشگاه هایی است که در زمینه ی نانوالکترونیک و یا سیستم های الکترومکانیکی فعالیت می کنند می باشد. لایه ی پلی سیلیکان هم به عنوان گیت ترانزیستورها به کار می رود و هم به عنوان لایه ی قربانی در فرآیندهای ماشین کاری بدنه. برای زدایش کامل قرص سیلیکان و ایجاد غشاء سیلیکانی نیاز به لایه ی محافظ نایتراید سیلیکان می باشد. اکسید سیلیکان نیز که از اجزای اصلی پروسه های MEMS می باشد.با توجه به کاربردهای وسیع این دستگاه, اولین نمونه ی آن در اختیار آزمایشگاه نانوالکترونیک دانشگاه تهران قرار گرفت. 

سیستم زدایش فعال یونی و زدایش عمیق سیلیکانزدایش غیرهمسانگرد به صورت خشک در محیط پلاسما برای ایجاد ساختارهای مطلوب در سیستم های الکترومکانیکی مورد نیاز آزمایشگاه هایی است که در زمینه ی MEMS فعالیت می کنند. بدین منظور شرکت حسگرسازان طراحی این سیستم را به صورت کامل انجام داده و نمونه ای از آن نیز در آزمایشگاه لایه نازک دانشگاه تهران در حال سرویس دهی به محققان آن موسسه است. از قابلیت های این دستگاه, قابل برنامه ریزی بودن آن است که این امکان را به استفاده کننده می دهد تا از آن به عنوان سیستم زدایش عمیق سیلیکان به روشی که توسط محققین این شرکت طراحی و ثبت شده است استفاده کنند.