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.
РХТУ им. Д.И. Менделеева
8 статей
Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева — высшее учебное заведение в Москве, крупнейший учебный и научно-исследовательский центр в области химической технологии.
Позавчера, 18:20
5 минут
Илья Ведмеденко

Согласно решению Арбитражного суда Амурской области, строительство стартового комплекса «Ангара» на Восточном должны приостановить. Напомним, стартовый стол создают под тяжелую ракету «Ангара-А5», которую хотят применить для испытаний космического корабля нового поколения.

Вчера, 16:44
4 минуты
Илья Ведмеденко

Новейший марсоход NASA в первый раз проехал по Красной планете: всего аппарат преодолел 6,5 метра. Ранее ровер прислал первые снимки с поверхности Марса.

Вчера, 15:24
9 минут
Мария Азарова

По числу одобривших его использование стран российский препарат обогнал даже так называемого фаворита Запада — вакцину от Pfizer и BioNTech.

2 марта
4 минуты
Сергей Васильев

Обнаружены кости приматов, живших сразу после мел-палеогенового вымирания: похоже, наши общие предки появились задолго до гибели динозавров.

3 марта
4 минуты
Ольга Иванова

Международная группа ученых выяснила, что неандертальцы обладали способностью к восприятию и воспроизведению человеческой речи. А еще, возможно, в их языке было много согласных звуков.

3 марта
2 минуты
Илья Ведмеденко

Компания Rolls-Royce успешно завершила наземные тесты своего электрического самолета ionBird. Первый полет машина может совершить до конца месяца.

26 февраля
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

15 февраля
9 минут
Василий Парфенов

Новость, которую странно публиковать на серьезном научно-популярном портале, но от реальности не убежишь. Уфологи всего мира могут радоваться: американские военные официально признали, что изучали места крушения НЛО и в их распоряжении есть некие аномальные объекты, свойства которых выходят за рамки известных науке материалов.

[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: