ऐसा सेंसर, जो भीषण गर्मी और चरम वातावरण में लोगों को सुरक्षा देगा!

कई महत्वपूर्ण उद्योगों में चरम वातावरण जैसे - एयरोस्पेस, ऊर्जा, परिवहन और रक्षा, लोगों की सुरक्षा और यांत्रिक प्रणालियों की सत्यता या प्रामाणिकता सुनिश्चित करने के लिए कठोर परिस्थितियों में कई चीजों को मापने और निगरानी करने के लिए सेंसर की जरूरत पड़ती है।

पेट्रोकेमिकल उद्योग को ही ले लें भीषण रेगिस्तानी गर्मी से लेकर आर्कटिक की ठंड तक की जलवायु में पाइपलाइन के दबावों की निगरानी करना बहुत जरूरी है। अलग-अलग परमाणु रिएक्टर 300 से 1000 डिग्री सेल्सियस की सीमा पर काम करते हैं, जबकि जमीन में गहरे कुओं का तापमान 600 डिग्री सेल्सियस तक हो सकता है।

अब ह्यूस्टन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक नया सेंसर बनाया है जो 900 डिग्री सेल्सियस के तापमान में काम कर सकता है। यह तापमान ज्वालामुखीय लावा के माफिक है, जो पृथ्वी पर सबसे गर्म प्रकार का लावा होता है।

मैकेनिकल इंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर और शोधकर्ता जे-ह्यून रियो ने कहा, अत्यधिक संवेदनशील, विश्वसनीय और टिकाऊ सेंसर जो इस तरह के चरम वातावरण को सहन कर सकते हैं। ऐसे सेंसरों की दक्षता, रखरखाव और प्रामाणिकता जरूरी है।

ह्यूस्टन विश्वविद्यालय के शोध टीम ने पहले कठोर वातावरण में प्रयोगों के लिए एकल-क्रिस्टलीय गैलियम नाइट्राइड, या जीएएन की पतली फिल्मों का उपयोग करके आईआईआई-एन पीजोइलेक्ट्रिक प्रेशर सेंसर विकसित किया। हालांकि, सेंसर की संवेदनशीलता 350 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर कम हो जाती है, जो कि लेड जिरकोनेट टाइटेनेट (पीजेडटी) से बने पारंपरिक ट्रांसड्यूसर की तुलना में अधिक है।

टीम का मानना ​​था कि संवेदनशीलता में कमी बैंडगैप के कारण थी, एक इलेक्ट्रॉन को उत्तेजित करने और विद्युत चालकता की आपूर्ति करने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा काफी नहीं थी। परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए, उन्होंने एल्यूमीनियम नाइट्राइड या एएलएन के साथ एक सेंसर विकसित किया।

रयू की टीम के साथ काम कर रहे शोधकर्ता और डॉक्टरेट के बाद के छात्र नेम-इन किम ने कहा, लगभग 1000 डिग्री सेल्सियस पर चलने वाले सेंसर द्वारा परिकल्पना साबित हुई थी, जो पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर के बीच अधिकतम तापमान में काम कर सकता है।

जबकि एआईएन और जीएएन दोनों में अनोखे और उत्कृष्ट गुण हैं जो चरम वातावरण में उपयोग के लिए उपयुक्त हैं, शोधकर्ता यह जानकर उत्साहित थे कि एआईएन ने एक व्यापक बैंडगैप और एक बहुत अधिक तापमान में भी काम किया। हालांकि, टीम को उच्च गुणवत्ता वाली, लचीली पतली फिल्म एएलएन के संश्लेषण और निर्माण से जुड़ी तकनीकी चुनौतियों का सामना करना पड़ा।

रयू ने  कहा, वास्तविक परिणामों की ओर ले जाने वाली प्रक्रिया को देखना बहुत दिलचस्प था और हमने सेंसर के विकास और प्रदर्शन के दौरान तकनीकी चुनौतियों का समाधान किया।

अब जब शोधकर्ताओं ने एआईएन के साथ उच्च तापमान वाले पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर की क्षमता का सफलतापूर्वक परीक्षण कर लिया है, तो वे वास्तविक दुनिया की कठोर परिस्थितियों में इसे और जचंगें।

शोधकर्ताओं ने बताया कि, हमारी योजना कई कठोर परिदृश्यों में सेंसर का उपयोग करने की है। उदाहरण के लिए, उच्च दबाव में परीक्षण करने के लिए न्यूट्रॉन एक्सपोजर और हाइड्रोजन स्टोरेज के लिए परमाणु संयंत्रों में उपयोग किया जा सकता है। एएलएन सेंसर न्यूट्रॉन-सम्पर्क वायुमंडल में काम कर सकते हैं और इसकी स्थिर भौतिक गुणों के कारण बहुत उच्च दबाव वाले रेंज में काम कर सकते हैं।

सेंसर का लचीलापन अतिरिक्त लाभ प्रदान करता है जो इसे व्यक्तिगत स्वास्थ्य देखभाल निगरानी उत्पादों में पहनने योग्य सेंसर के रूप में और सटीक-संवेदी सॉफ्ट रोबोटिक्स में उपयोग के लिए भविष्य के अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी बना देगा। शोधकर्ता भविष्य में किसी बिंदु पर इस सेंसर के व्यावसायिक रूप से उपयोग किए जाने की आशा करते हैं।