شرکت های سازنده از مواد مختلفی برای ساخت نانوحسگرها استفاده میکنند . انواع مختلفی از مواد  مانند نانو ذرات ، نقاط کوانتومی ، نانو لوله های کربنی ، نانو سیم های معدنی ، فیلم های نازک و نانو متخلخل ها  در ساخت نانو حسگر ها مورد استفاده قرار میگیرد.

حسگرهای شیمایی و  حسگرهای ساخته شده از نانولوله های کربنی مبتنی بر MEM :

نانو لوله های کربنی حساسیت زیادی به تغییرات شیمیایی در محیط اطراف خود دارند بنابراین از این مواد می توان در ساخت حسگرها استفاده کرد . از هر دو نانولوله ی خام و اصلاح شده در ساخت حسگرهای شیمیایی استفاده می شود .نانو لوله های کربنی دست نخورده و طبیعی حساسیت بالایی دارند اما یکی از معایب این مواد این است که انتخاب پذیری پایینی دارند . نانو لوله های کربنی عاملدار شده می تواند حساسیت خوب و انتخاب پذیری بالایی برای یک مولکول خاص داشته باشد .  نانو لوله های کربنی تک دیواره ی تنها مساحت سطح بزرگ و رسانش خوبی دارند   و می توان از این مواد  برای تشخیص مقدار کمی از مولکولهای گازی سمی و شیمیایی استفاده کرد . بعد از جذب مواد شیمیایی بر روی نانو لوله های کربنی انتقال بار بین آنها رخ میدهد  و سپس فرآیند تشخیص توسط تغییر در رسانش درک می شود .

حسگرهای شیمیایی مبتنی بر فیلمهای نانولوله های کربنی :

اگرچه نانولوله های کربنی تنها،  برای تشخیص شیمایی به اندازه ی کافی  حساس هستند اما فرآیند تولید کمی پیچیده است . در مقابل ، فیلم های نانو لوله های کربنی انعطاف پذیری بالایی در فرآیند تولید دارند .   بسیاری از سنسورهای مبتنی بر نانو لوله های کربنی در تشخیص طیف وسیعی از سیگنال های الکتریکی مانند تغییر در مقاومت ،ظرفیت خازنی و مقاومت ظاهری  تکیه میکنند . با سنتز مستقیم فیلم های نانولوله های کربنی بر روی بسترهای Si3N4/Si   می توان حسگری ساخت که توانایی تشخیص گازهای NO2 را دارد . 

حسگرهای ساخته شده از نانو لوله های کربنی اصلاح شده با نانو ذرات فلزی :

اگرچه نانو لوله های کربنی دست نخورده موفقیت زیادی در ساخت حسگرهای شیمایی از خود نشان می دهند اما این سنسورها محدودیت هایی نیز دارند . این حسگرها انتخاب پذیری خوبی ندارند و به تغییرات  محیطی مانند تغییر در اکسیژن بسیار حساس است . این محدودیت ها دانشمندان را به فکر واداشت تا به فکر اصلاح سطح نانو لوله های کربنی بیفتند.  اولین ایده ی اصلاح توسط KONG     بود . او از نانو لوله های کربنی اصلاح شده با پالادیوم  به عنوان حسگر اکسیژن استفاده کرد . به دنبال این تغییرات ، اصلاحات شمیایی و فیزیکی توسط نانو ذرات فلزی ، نا نو ذرات  اکسیدی نیمه رسانا ، پلیمرها و مواد زیستی به طور گسترده ای در ساخت سنسورها مورد استفاده قرار گرفت . بسیاری از نانو ذرات فلزی مانند طلا و پلاتین برای اصلاح سطح نانو لوله های کربنی  مورد استفاده قرار گرفت . سیستم نانو لوله کربنی اصلاح شده با پالادیوم در تشخیص هیدروژن بسیار امیدوار کننده است . هیدروژن گازی خطرناک است که باید به دقت در صنعت بررسی شود اما متاسفانه نانو لوله کربنی دست نخورده به هیدروژن حساس نیست زیرا پیوند بین مولکولهای هیدروژن و نانو لوله ها ضعیف است .

حسگرهای ساخته شده از نانو لوله های کربنی عاملدار شده با پلیمر :

مواد پلیمری بسیاری برای بهبود عملکرد سنسورها استفاده می شود . نانولوله های کربنی پوشیده شده با پلی پیرول برای ساخت سنسورهای NO2   مورد استفاده قرار میگرد . نانو لوله های کربنی تک دیوراه  که با پیوند کوالانسی به پلی (m- آمینو بنزن سولفوریک اسید )متصل شده اند ،  عملکرد خوبی در تشخیص بخار آب و گازهای No2 و NH3  از خود نشان میدهند .

حسگرهای MEMS    :

MEMS ساختارهای میکروی ساخته شده از سیلیکون است که دارای قابلیت حرکتی منحصر به فردی بوده و در تشخیص طیف وسیعی از مواد مورد استفاده قرار میگیرد .

حسگرهای نانو کانتیلور :

سنسورهای مبتنی بر میکرو کانتیلور کاربردهای  مختلفی در  آنالیتهای  مختلف مانند مایع، گاز، خلاء و یا متوسط ​​را ارائه میدهد . این سنسورها حساسیت بالا ، قیمت کم ، پاسخ سریعی دارند .

 

  • ساخت حسگر توسط عناصر تشخیص نانوسیم نیمه هادی:این حسگرها قادر به تشخیص محدوده ی وسیعی  از بخارهای شیمیایی هستند . وقتی مولکولی  که از  مواد نیمه رسانا ماند اکسید روی ساخته شده است به نانوسیم ها متصل می شود ،رسانش سیم تغییر پیدا میکند.  اینکه چه مقدار و در چه جهتی رسانش تغییر پیدا کند به مولکولی که به نانوسیم متصل می شود بستگی دارد . به عنوان مثال گاز  نیتروژن دی اکسید رسانش سیم را کاهش داده و کربن مونوکسید رسانش آن را افزایش میدهد . ، محققان میتوانند نانو سنسور ها را طوری تنظیم کنند که با اندازه گیری تغییرات جریان هنگام اعمال ولتاژ به سراسر نانوسیم هابتواند نوع ماده ی شیمیایی موجود در هوا را تشخیص دهد .

 

  • نانو لوله های کربنی نیمه رسانا:برای تشخیص بخارهای شیمیایی ، شما می توانید ابتدا نانو لوله های کربنی را با مولکولهای فلزی همچون طلا عاملدار کنید . سپس مولوکولهای مواد شیمیایی به فلز متصل می شود وقتی این مولکولها به فلز متصل می شوند ،رسانش نانو لوله های کربنی تغییر پیدا میکند . مانند نانوسیم های نیمه رسانا ، مقدار تغییر در جریان و جهت آن به مولکول پیوند شده  به نانو لوله های کربنی بستگی دارد . این نوع از سنسورها به صورت تجاری موجود است .

 

  • نانولوله های کربنی و نانوسیم هایی که باکتری و ویروس ها راتشخیص میدهد :این مواد را می توان برای تشخیص باکتری ها و ویروسها نیز مورد استفاده قرار داد . ابتدا باید نانو لوله ی کربنی را با اتصال یک آنتی بادی به آن عاملدار کرد . هنگام اتصال یک ویروس یا باکتری به سطح آنتی بادی ها ، رسانش نانو لوله های کربنی تغییر پیدا میکند . د ر این فرآیند ،نانو لوله های کربنی به یک سطح فلزی  در آشکارساز متصل می شود و سپس ولتاژی بر روی آن اعمال میگردد . وقتی ویروس یا باکتری به سطح نانولوله ها متصل میگردد ، جریان تغییر پیدا کرده و سیگنال تشخیص تولید می شود . محققان بر این باورند که این روش می تواند راهی سریع برای تشخیص باکتری و ویروس ها فراهم کند. یکی از کاربردهای امیدوارکننده ی این تکنیک ، بررسی باکتری در بیمارستانهاست .
  • نانو کانتیلور : این دستگاهها برای توسعه ی حسگرهایی استفاده می شود که می تواند مولکولهای تنها را تشخیص دهد . پوشش کانتیلورها با مولکولهایی مانند آنتی بادی که می تواند به باکتری و یا ویروس خاصی متصل شود ، نوع باکتری و ویروس را تشخیص میدهد. 

یکی از مثالهای نانو ذرات مورد استفاده در حسگرها سنسورهای هیدورژنی است که شامل لایه ای از نانو ذرات پالادیم است .وقتی هیدوروژن جذب می شود ، نانو ذرات پالادیوم متورم شده که موجب کاهش مقاومت پالادیوم میگردد . 

یکی دیگر از کاربردهای نانو ذرات در تشخیص ترکیبات آلی فرار(VOCs ) است . محققان دریافته اند که به وسیله ی نانو ذرات فلزی تعبیه شده که از موادی همچون طلا در فیلمهای پلیمری ساخته می شوند ،می توان یک نانو حسگر VOC  ساخت .

 

منبع : کتاب نانوسنسورها (NANOSENSORS Theory and Applications in Industry, Healthcare and Defense)