دنیای نانو

دنیای نانو

حسگرهای QCM برای شناسایی ترکیبات آلی فرار (VOCs): مروری بر مکانیسم‌ها، پوشش‌ها و کاربردها

نوع مقاله : مروری

نویسندگان
پژوهشکده جامع علوم و فناوری همگرا، گروه علوم و فناوری نانو، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
چکیده
حسگرهای کریستال کوارتز (QCM) ، ابزارهای حسگری حساس و کم‌مصرف برای شناسایی ترکیبات آلی فرار (VOCs) هستند. در این مقاله، به بررسی اصول عملکرد QCM، عوامل مؤثر بر جذب گاز و انواع پوشش‌های حساس شامل پلیمرهای هوشمند، مواد نانومتخلخل (MOFها و زئولیت‌ها)، مایعات یونی، گرافن و نانوکامپوزیت‌ها، نانوذرات و سامانه‌های زیستی پرداخته شده است. همچنین، کاربردهای این حسگرها در پایش کیفیت هوا، صنایع غذایی، تشخیص بیماری از طریق تنفس و امنیت و صنایع نظامی بررسی شده و محدودیت‌های عملکردی نظیر تأثیر رطوبت، پایداری درازمدت و بازیابی آهسته مورد بحث قرار گرفته‌اند. نقش سیستم‌های چندکاناله (MQCM) QCM و تحلیل داده‌های پیشرفته مانند PCA و LDA در شناسایی هم‌زمان چندین VOC نیز تشریح شده است. نتایج نشان می‌دهد که طراحی پوشش‌های چندترکیبی، استفاده از مواد نوین و بهره‌گیری از الگوریتم‌های یادگیری ماشین، حساسیت، انتخاب‌پذیری و پایداری حسگرها را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد. انتظار می‌رود با ترکیب فناوری نانومواد، الکترونیک کم‌مصرف و هوش مصنوعی، حسگرهای QCM آینده به دستگاه‌هایی هوشمند، قابل حمل و دقیق برای پایش VOCها در زمان واقعی (real-time) تبدیل شوند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

QCM sensors for detecting volatile organic compounds (VOCs): A review of mechanisms, coatings, and applications.

نویسندگان English

Sepehr Samiei Esfahani
Azam Iraji zad
Asadollah Kalantarian
Institute for Convergence Science and Technology, Center for Nanoscience and Nanotechnology, Sharif University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده English

Quartz crystal microbalance (QCM) sensors are highly sensitive and low-power tools for detecting volatile organic compounds (VOCs). This review article addresses the operating principles of QCM, factors affecting gas adsorption, and various sensitive coatings including smart polymers, nanoporous materials (MOFs and zeolites), ionic liquids, graphene and nanocomposites, nanoparticles, and biological systems. Applications of these sensors in air quality monitoring, food industry, disease diagnosis via breath analysis, and security/military sectors are discussed, along with performance limitations such as humidity interference, long-term stability, and slow recovery. The role of multi-channel QCM (MQCM) systems and advanced data analysis techniques like PCA and LDA in simultaneous detection of multiple VOCs is also highlighted. Results indicate that the design of multi-component coatings, use of novel materials, and implementation of machine learning algorithms significantly enhance sensor sensitivity, selectivity, and stability. Combining nanomaterials, low-power electronics, and artificial intelligence is expected to transform future QCM sensors into smart, portable, and accurate devices for real-time VOC monitoring.

کلیدواژه‌ها English

Quartz crystal microbalance (QCM) sensor
volatile organic compounds (VOCs)
adsorption mechanism
sensitive coating
applications
challenges

  • تاریخ دریافت 10 شهریور 1404
  • تاریخ بازنگری 06 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 16 دی 1404