Российские химики создали способ улучшить мониторинг угарного газа в атмосфере — Naked Science
7 минут
РХТУ им. Д.И. Менделеева

Российские химики создали способ улучшить мониторинг угарного газа в атмосфере

4.4

Пленки из оксида индия и олова (ITO) активно используют в качестве прозрачных электродов сенсорных экранов, дисплеев и солнечных батарей, но ученые из ИОНХ РАН, РХТУ имени Д. И. Менделеева и других институтов показали, что линейку применений ITO можно расширить еще больше. Они напечатали тонкие и однородные пленки ITO и продемонстрировали, что с их помощью можно селективно регистрировать содержание угарного газа в концентрациях даже на порядок меньше предельно допустимых.

Схема проведения эксперимента / ©Talanta

Результаты работы опубликованы в журнале Talanta. Мониторинг атмосферного воздуха позволяет контролировать содержание в нем различных газов и вовремя детектировать неблагоприятные изменения. Для этих целей хорошо подходят резистивные газовые сенсоры, работающие на основе материалов, электрофизические характеристики которых (прежде всего, электрическое сопротивление) зависит от концентрации тех или иных газов в окружающей среде.

Перспективный кандидат для таких рецепторных компонентов – это смешанный оксид индия и олова ITO (In2O3-10%SnO2). Пленки ITO обладают хорошей электропроводностью, а также их можно наносить на самые разные, в том числе гибкие, поверхности, и поэтому ITO сейчас активно используют в качестве прозрачных электродов для электронных устройств (сенсорных экранов, дисплеев, солнечных батареях и так далее).

При этом в работах 1980-х годов было показано, что ITO, как и другие полупроводники, может реагировать на концентрации различных газов, однако техника создания ITO покрытий еще не была достаточно развита, и поэтому для создания резистивных газовых сенсоров их всерьез никто не рассматривал.

В новой же работе российские химики показали, что тонкие рецепторные покрытия из ITO можно получить с помощью удобной техники перьевой плоттерной печати. При этом в качестве чернил они использовали не коллоидные взвеси наночастиц, из которых часто получают ITO, а истинные растворы двух комплексных соединений с индием и оловом в составе – так было гораздо легче контролировать морфологию и однородность получающихся покрытий.

Чернила смешивали в пере плоттера и подавали на чип из Al2O3 с нанесенными платиновыми электродами. Перо равномерно перемещалось по поверхности, и после нанесения каждого слоя пленка высушивалась в течении десяти минут, а потом процедура повторялась вновь. Всего было нанесено двадцать слоев, при этом после первых десяти пленку дополнительно отжигали при температуре 250 градусов Цельсия. В результате получилась пленка ITO толщиной 600 нм с однородной поверхностью – максимальный перепад высот составлял не более 8 нм.

После этого ученые испытали сенсорные свойства новой ITO-пленки. Они вносили ее в атмосферу различных газов (CO, CO2, CH4, H2 и NH3) и фиксировали как изменяется ее сопротивление. Самый заметный сенсорный отклик ITO показал на угарный газ: в присутствии молекул CO концентрацией 100 миллионных долей ее сопротивление упало почти в девять раз.

В присутствии других газов таких заметных эффектов не наблюдалось. При этом было показано, что ITO пленка может детектировать концентрации CO даже на уровне двух миллионных долей, что почти на порядок меньше предельной допустимой концентрации угарного газа в воздухе (от 20 до 35 миллионных долей).

Таким образом, ученые показали, что с помощью напечатанной планарной ITO-пленки можно селективно детектировать в окружающей атмосфере токсичный угарный газ, который не обладает ни цветом, ни запахом, ни вкусом (оптимальная рабочая температура полученного датчика составила 200 градусов Цельсия).

Кроме того, показанная в работе технология позволит научном сообществу продвинуться в создании тонкопленочных прозрачных электродов ITO и для других целей. Исследование проведено группой ученых из лаборатории химии легких элементов и кластеров ИОНХ РАН в сотрудничестве с коллегами из СПбГУ, МГУ имени М.В. Ломоносова и РХТУ имени Д. И. Менделеева. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева — высшее учебное заведение в Москве, крупнейший учебный и научно-исследовательский центр в области химической технологии.
Позавчера, 17:43
5 минут
Илья Ведмеденко

Американцы провели «взрывные» испытания своего новейшего авианосца USS Gerald R. Ford (CVN-78). Многочисленные фото и видео позволяют рассмотреть эти тесты во всей красе.

10 часов назад
3 минуты
Ольга Иванова

Американские ученые показали, что в летнее время уровень психических расстройств ниже, чем осенью.

Позавчера, 15:04
4 минуты
Ольга Иванова

Ученые показали, что музыкальные произведения великого композитора способны оказывать противоэпилептический эффект и быть одним из возможных способов лечения эпилептических припадков.

19 июня
5 минут
Илья Ведмеденко

Снимки демонстрируют интерьер новой российской атомной многоцелевой субмарины — К-561 «Казань», принадлежащей к проекту 885М «Ясень-М».

19 июня
55 минут
Александр Березин

Два миллиона лет назад планета вошла в состояние крайне необычной неустойчивости. Раз за разом она стирала экосистемы Африки с лица земли, отчего наши предки снова и снова оказывались в сложном положении. Семьдесят тысяч лет назад их число сократилось в десять раз — ударил другой, совершенно неожиданный фактор. Пару сотен тысяч лет назад не только человечество, но вообще все наземные виды могли погибнуть от еще более разрушительной силы. 12,9 тысячи лет назад множество людей умерли и миллионы квадратных километров полностью выгорели из-за взрывов в атмосфере и огненного дождя. Как именно наш вид пережил все это?

Позавчера, 07:35
9 минут
Мария Азарова

Китайские ученые воспроизвели модель мужской беременности млекопитающих на лабораторных крысах: результаты оказались успешными лишь отчасти, но все равно показали, что в таких случаях эмбрионы могут развиваться нормально. Мировое сообщество восприняло эксперимент с ужасом.

24 мая
23 минуты
Ольга Иванова

«Сексуальную революцию совершили задние сиденья автомобилей», – заявил в свое время американский общественный деятель Джерри Рубин. И ошибся. Раскрепощение нравов происходило задолго до появления машин, причем много раз. Оно напоминает движение маятника. Как и почему вершились «секшал революшнс» и стоим ли мы на пороге нового витка сексуальности или же нас ждет ужесточение морали? Об этом – в нашем материале.

9 июня
4 минуты
Ольга Иванова

Международная команда исследователей изучила геологию и условия существования самого большого моря в истории планеты — Паратетиса.

19 июня
5 минут
Илья Ведмеденко

Снимки демонстрируют интерьер новой российской атомной многоцелевой субмарины — К-561 «Казань», принадлежащей к проекту 885М «Ясень-М».

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: