24.10.2017
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.
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.
Вчера, 13:57
Алиса Гаджиева

Археологи обнаружили, что крупный торговый центр на севере Франции построен на месте некрополя IV века.

4 часа назад
Алиса Гаджиева

Мужчину и женщину похоронили 2500 лет назад и снабдили средством для разговора с Осирисом, необходимыми внутренними органами и большим числом слуг.

Вчера, 13:05
Сколтех

Ученые из Сколтеха и их коллеги изучили генетические характеристики дельта-штамма коронавируса в России. Выяснилось, что всего одна разновидность дельты за короткое время оказалась ответственной за подавляющее большинство случаев заболевания коронавирусом в России — во многих других странах ситуация развивалась иначе. Авторы исследования объясняют доминирование этой разновидности в нашей стране волей случая, а не повышенной заразностью или устойчивостью к иммунитету.

3 декабря
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

Позавчера, 13:36
Василий Парфенов

Вопрос активности венерианских вулканов занимает планетологов давно. Если они до сих пор извергаются или делали это недавно по геологическим меркам, то недра второй планеты от Солнца по-прежнему активны. Однако получить достоверные данные подтверждающие или опровергающие активность вулканов на Венере до сих пор не получалось. Зато недавно ученые получили еще одно пусть и косвенное, но вполне надежное свидетельство «бурной жизни» геологических формирований на «сестре Земли».

3 декабря
Алиса Гаджиева

У погибшего почти 70 миллионов лет назад хищника была трудная жизнь: помимо обычного набора проблем, таких как схватки с сородичами, он страдал от зубной боли.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

3 декабря
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: