Детектированию газов при комнатной температуре дан зеленый свет
9 минут
ФизТех

Детектированию газов при комнатной температуре дан зеленый свет

3.6

Российские ученые разработали механизм детектирования молекулярного водорода нанокристаллическим композитом оксида цинка и оксида индия сенсором при освещении зеленым светом.

Детектированию газов при комнатной температуре дан зеленый свет / ©wpapers.ru

Рабочая температура такого газового датчика впервые снижена до комнатной. Работа опубликована в журнале Scientific Reports.

Сегодня активно разрабатываются системы мониторинга состава газовых смесей, состоящие из датчиков отдельных газов. Такие системы могут использоваться для анализа качества воздуха в атмосфере или замкнутых пространствах. Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха остается насущной проблемой во многих индустриальных странах. В промышленных районах, вблизи которых часто проживают люди, необходима возможность обнаружения выбросов вредных веществ в атмосферу фабриками и заводами.

Определение состава воздуха необходимо и на таких объектах, как АЭС, подлодки, космические станции, где нет возможности закачки свежего воздуха извне. Увеличение концентрации углекислого газа в циркулирующем по вентиляционным системам воздухе или утечка какого-то вредного для здоровья вещества может привести к трагическим последствиям для работников.

Точное определение состава газа необходимо и для технических смесей. Например, в случае газового топлива. Хорошим источником энергии и альтернативой существующим нефтяным продуктам является водород. При сгорании (окислении) водорода образуется водяной пар, безвредный для окружающей среды. К тому же КПД такого топлива на 10–20% превышает эффективность сгорания нефтепродуктов. Водородное топливо уже начинают использовать отдельные автопроизводители как один из вариантов топлива будущего. Однако не стоит забывать трагическую историю дирижабля «Гинденбург», напоминающую об опасности водорода.

До недавнего времени газовые датчики на основе нанокристаллических оксидов металлов работали при температуре около 300–500 °C. Столь высокая температура делала небезопасным использование таких датчиков для детектирования взрывоопасных и горючих веществ. К тому же высокая рабочая температура приводит к большому энергопотреблению, что делает невозможным использование подобного рода датчиков газа в электронных платах портативных устройств.

Предложенные Леонидом Трахтенбергом, профессором МФТИ, Павлом Кашкаровым, директором Института нано-, био-, информационных, когнитивных и социогуманитарных наук и технологий МФТИ, Александром Ильиным и Павлом Форшом из МГУ, а также их коллегами из Института химической физики РАН датчики на основе нанокомпозита ZnO-In2О3 (оксида цинка и оксида индия) работают при комнатной температуре. Для обеспечения максимальной эффективности работы датчики дополнительно освещаются зеленым светом. Новая разработка может использоваться для детектирования малых концентраций различных горючих, взрывоопасных и отравляющих веществ в атмосфере.

«Механизм заключается в переходе нанокристаллических компонентов датчика в неравновесное состояние под действием освещения и последующем изменении фотопроводимости датчика при взаимодействии с молекулярным водородом. Этот эффект обусловлен зависимостью величины фотопроводимости от скорости рекомбинации неравновесных носителей заряда», – рассказала соавтор работы, аспирантка лаборатории функциональных нанокомпозитов Института химической физики имени Н. Н. Семенова РАН Мария Иким.

«Разработанные нами детекторы отличаются от стандартных полупроводниковых сенсоров тем, что работают при комнатной температуре, в результате чего сводится на нет опасность возгорания или взрыва в процессе работы, если определяемое вещество горючее или взрывоопасное. Что касается сенсоров с фотоактивацией, то в большинстве работ обсуждается воздействие ультрафиолетового света и обычно изучаются газы-окислители. У светодиодов, излучающих в ультрафиолетовом диапазоне, низкий КПД, и стоят они на порядок дороже светодиодов, работающих в видимой области спектра. Кроме того, в нашей работе на примере водорода рассматриваются газы-восстановители», – говорит доктор физико-математических наук, профессор кафедры химической физики МФТИ Леонид Трахтенберг.

В этой работе предложен новый механизм фотоактивации сенсорного отклика, учитывающий переход носителей электрического заряда в неравновесное состояние. Этот процесс является универсальным и может быть использован для интерпретации результатов как в газах-окислителях, так и в газах-восстановителях.

Разрабатываемые сенсоры могут быть использованы как для мониторинга состава воздуха, так и для анализа состава технических газообразных смесей. Хотя сейчас проводится работа по изучению состава газов, при некоторой модификации данный вид сенсоров может быть использован и при работе с жидкостями.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
ФизТех
181 статей
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Позавчера, 15:03
7 минут
Денис Гордеев

Вирус SARS-CoV-2, похоже, не влияет на мозг напрямую, но может опосредованно вредить этому органу.

Позавчера, 09:39
6 минут
ПНИПУ

Исследователи из ПНИПУ повысили эффективность добычи нефти с помощью кислотных растворов. Пермские ученые впервые проанализировали состав труднодоступных карбонатных месторождений и определили оптимальные условия, которые позволят получать больше черного золота при минимальных затратах.

7 июля
8 минут
Мария Азарова

Международная группа ученых проследила за историческим развитием покрытосеменных растений. Исследование подтвердило, что доминирование современных цветов было отложено до конца эры динозавров, а их распространение по планете происходило неоднородно.

6 июля
5 минут
Мария Азарова

Ученые, работающие с крупнейшим в мире радиотелескопом, сообщили об обнаружении эмиссии нейтрального водорода, исходящей от объектов за пределами нашей Галактики.

5 июля
26 минут
Илья Ведмеденко

Новый БПЛА С-70 «Охотник» может стать главным российским проектом в сфере боевой авиации. Но сначала ему нужно подтвердить свою пользу.

7 июля
3 минуты
Сергей Васильев

Моделирование показало, что планеты класса мини-нептунов могут быть покрыты океаном воды в состоянии сверхкритического флюида — промежуточном между обычной жидкостью и газом.

6 июля
5 минут
Мария Азарова

Ученые, работающие с крупнейшим в мире радиотелескопом, сообщили об обнаружении эмиссии нейтрального водорода, исходящей от объектов за пределами нашей Галактики.

1 июля
5 минут
Мария Кривоченко

Один из детекторов Большого адронного коллайдера обнаружил новую частицу, состоящую из четырех очарованных кварков. Физики полагают, что это первый представитель неописанного класса частиц.

27 июня
8 минут
Sergei Sobol

Уроки астрономии вернулись в российские школы в 2018 году. За то время, пока эта наука была необязательным предметом, в ней произошло много событий, не все из которых нашли отражение в учебниках. Кроме того, в них и раньше не были упомянуты многие интересные факты.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: