Maskelerde Gerçek Zamanlı Tehlikeli Gaz Tespiti için Nefes Alabilen Akıllı Sensör Geliştirildi!

DGIST Fizik ve Kimya Bölümü'nden Prof. Dr. Sungwon Lee liderliğindeki bir araştırma ekibi, polimer nanolifler üzerinde doğrudan grafen nanoduvarlar büyüterek hiyerarşik bir nano-üzeri-nano yapı geliştirdi. Araştırmacılar bu yapıyı, giyilebilir gaz sensörlerinin algılama performansını artırmak için başarıyla kullandılar.

Geliştirilen bu teknolojinin, bireylerin solunum ortamlarını veya endüstriyel ortamlardaki tehlikeli gazları gerçek zamanlı olarak izlemek için yeni nesil giyilebilir sensörlere uygulanmasını bekliyoruz.

Son zamanlarda, çevredeki tehlikeli gazları gerçek zamanlı olarak tespit etmek için cilde veya maskelere takılabilen giyilebilir sensörlere yönelik artan bir ilgi olduğunu görüyoruz. Uzun süreli kullanım hedeflendiğinde, bu sensörlerin havanın ve nemin geçmesine izin verirken aynı zamanda hafif ve esnek olması gerekiyor. Ayrıca, ortamda bulunan eser miktardaki gazları bile hızla tespit edebilmeleri şarttır.

Polimer nanoliflerden üretilen nanoağlar mükemmel bir nefes alabilirlik ve esneklik sunar ancak yüzey alanı ve işlevsellik açısından belirli sınırlamalara sahiptir. Polimerler ısıya karşı savunmasız olduklarından, yüksek sıcaklıkta işleme gerektiren grafen gibi işlevsel karbon nanomateryalleri doğrudan bu polimerlerin yüzeylerinde oluşturmak zordur.

Bu sınırlamaların üstesinden gelmek için araştırma ekibi, ısıya dayanıklı polimer nanoliflerden oluşan üç boyutlu bir nanoağın yüzeyinde doğrudan grafen nanoduvarlar büyütmek için yeni bir teknik geliştirdi. Ekip, düşük sıcaklıklı plazma kimyasal buhar biriktirme ve ısıya dayanıklı nanolifler kullanarak liflerin yüzeyleri boyunca dikey olarak yönlendirilmiş grafen nanoduvarları başarıyla oluşturdu. Bunu yaparken nanoliflerin morfolojisini de korumayı başardılar.

Bu yenilikçi yaklaşım, nanoağın nefes alabilirliğini ve esnekliğini korurken, gazlarla etkileşim için kullanılabilecek yüzey alanını önemli ölçüde artırdı.

Özellikle araştırma ekibi, grafen nanoduvarların yalnızca sensörün yüzey alanını artırmakla kalmadığını, aynı zamanda gaz moleküllerinin nanoduvarlar arasındaki dar boşluklarda daha uzun süre kalmasına neden olan bir hapsedilme etkisi yarattığını tespit etti. Deneyler ve gaz taşıma simülasyonları, hiyerarşik grafen nanoduvarları içinde gaz moleküllerinin seyahat yollarının ve yerel çarpışmalarının arttığını gösterdi. Bu durum, grafen yüzeyi ile gaz molekülleri arasında daha aktif etkileşimlerin gerçekleşmesiyle sonuçlanmaktadır.

Araştırmanın bulguları, Ağustos 2026'da Advanced Fiber Materials dergisinde yayımlandı.

Ekip ayrıca, geliştirdikleri sensörü gerçek bir giyilebilir maske platformuna uyguladı. Sensörün yüksek nefes alabilirlik ile esnekliği korurken, aynı zamanda uzun süreli gaz izlemeyi mümkün kıldığı doğrulandı. Dr. Lee, geliştirdikleri teknolojinin önemini şu sözlerle açıkladı:

Bu çalışma, bir sensörün yüzey alanını basitçe artırma şeklindeki geleneksel yaklaşımı aşması ve gaz moleküllerinin nanoyapılar içindeki hareketini kontrol ederek algılama performansını artırmak için yeni bir tasarım ilkesi sunması açısından büyük bir önem taşıyor. Polimer nanoağlar üzerinde doğrudan işlevsel nanoyapılar oluşturan nano-üzeri-nano teknolojisi, gelecekte sadece gaz sensörlerinin değil, aynı zamanda çeşitli nefes alabilen giyilebilir elektronik cihazların performansını artırmak için de uygulanabilir.

Bu değerli çalışma, DGIST'teki Lee'nin araştırma ekibinden doktora öğrencisi Hyeokjoo Choi ile Chungnam Ulusal Üniversitesi, Hanbat Ulusal Üniversitesi, Kyungpook Ulusal Üniversitesi, Gumi Elektronik ve Bilgi Teknolojileri Araştırma Enstitüsü ve Kore Endüstriyel Teknoloji Enstitüsünden araştırmacıların ortak çabasıyla yürütüldü.