سنسور گاز بر پایه شیشه کالکوژنید (Chalcogenide Glass Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور گاز بر پایه شیشه کالکوژنید (Chalcogenide Glass Sensor) :
شیشه های کالکوژنید دسته ای از مواد غیرآلی هستند که حاوی عناصر کالکوژن (گوگرد S، سلنیوم Se، تلوریم Te) به همراه عناصر دیگری مانند آرسنیک، ژرمانیوم، آنتیموان می باشند. این مواد خواص منحصر به فردی دارند که آنها را برای کاربردهای حسگری، به ویژه در زمینه تشخیص گازها و حسگرهای شیمیایی، بسیار جذاب کرده است. برخلاف شیشه های اکسیدی (مانند شیشه پنجره)، شیشه های کالکوژنید از نظر نوری شفاف در ناحیه فروسرخ (تا طول موج های بلند) هستند و رسانایی یونی قابل توجهی دارند.
دو اصل اصلی برای حسگرهای گاز بر پایه شیشه کالکوژنید وجود دارد:
حسگرهای نوری (Optical Sensors): شیشه های کالکوژنید شفافیت بالایی در ناحیه فروسرخ میانی (mid-IR) دارند که منطقه ای از طیف است که بسیاری از گازها (مانند CO₂، CH₄، H₂S) دارای جذب های ارتعاشی قوی هستند. با استفاده از این شیشه ها به عنوان فیبر نوری یا موجبر در سنسورهای گاز فروسرخ (NDIR)، می توان حسگرهای کوچک، انعطاف پذیر و کارآمدتری ساخت. تماس گاز با سطح شیشه (یا قرار گرفتن آن در مسیر نور) باعث جذب طول موج های مشخص شده و کاهش شدت نور عبوری می گردد. این شیشه ها می توانند به صورت فیبرهای نوری درآیند که امکان حسگری از راه دور را نیز فراهم می کنند.
حسگرهای مقاومتی/خازنی (Resistive/Capacitive Sensors): برخی از شیشه های کالکوژنید دارای رسانایی سطحی هستند که با جذب گازهای خاص (مانند NO₂، NH₃) تغییر می کند. لایه نازکی از شیشه کالکوژنید بین دو الکترود قرار می گیرد. جذب گاز روی سطح باعث انتقال بار و تغییر در رسانایی الکتریکی (یا ظرفیت خازنی) لایه می شود. این تغییر قابل اندازه گیری بوده و متناسب با غلظت گاز است. این نوع حسگرها می توانند در دمای اتاق کار کنند (برخلاف بسیاری از سنسورهای نیمه هادی که نیاز به گرم کننده دارند).
مزایا:
شفافیت در ناحیه فروسرخ میانی (برای حسگرهای نوری).
قابلیت کار در دمای اتاق (برای نوع مقاومتی).
پایداری شیمیایی و مکانیکی خوب.
قابلیت ساخت به صورت لایه های نازک و فیبر.
چالش ها: فرآیند ساخت پیچیده تر از شیشه های معمولی، و سمیت بالقوه برخی عناصر (مانند آرسنیک).
کاربردها: پایش گازهای صنعتی و محیطی (NOₓ, SOₓ, CO₂)، تشخیص گازهای سمی در معادن، و حسگرهای پزشکی (تشخیص گازهای تنفسی).
