Детектированию газов при комнатной температуре дан зеленый свет

Российские ученые разработали механизм определения молекулярного водорода нанокристаллическим сенсором при освещении зеленым светом. 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 в замкнутых пространствах. До недавнего времени газовые датчики на основе нанокристаллических оксидов металлов работали при температуре около 300–500 °C. Столь высокая температура делала использование таких датчиков небезопасным для определения взрывоопасных и горючих веществ. К тому же из-за высокой рабочей температуры датчик потребляет много энергии, поэтому подобного рода датчики газа невозможно использовать в электронных платах портативных устройств.

Предложенные сотрудниками МФТИ, МГУ и Института химической физики имени Н.Н. Семенова РАН датчики на основе нанокомпозита ZnO-In₂О₃ работают при комнатной температуре. Чтобы обеспечить максимальную эффективность 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 в последующем изменении фотопроводимости датчика при взаимодействии с молекулярным водородом. Этот эффект обусловлен зависимостью величины фотопроводимости от скорости рекомбинации неравновесных носителей заряда», — рассказала соавтор работы Мария Иким из Института химической физики имени Н.Н. Семенова РАН.

«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 профессор кафедры химической физики МФТИ Леонид Трахтенберг.

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.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.