Физики МГУ им. М.В. Ломоносова совместно с коллегами разработали новый механизм, который позволяет газовому датчику, основанному на нанокристаллических оксидах металлов, функционировать при комнатной температуре. Данное изобретение повысит эффективность мониторинга окружающей среды на атомных электростанциях, подводных лодках и космических кораблях.
Исследователи предложили инновационный подход к работе датчика водорода. В отличие от традиционных резистивных газовых датчиков, этот прибор функционирует не при нагреве, а при воздействии света видимого спектра. Это открытие значительно снизит энергозатраты на работу датчика и расширит области его применения.
«Такие датчики можно будет использовать во взрывоопасных средах, или их можно будет встраивать в мобильные устройства, не конструируя дополнительные системы теплоотвода», – объяснил один из авторов исследования, аспирант физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Александр Ильин.
Ученые обнаружили, что композиты на основе оксидов цинка и индия значительно повышают чувствительность датчиков к водороду. Они также объяснили, почему этот композит так чувствителен. По их мнению, это связано с тем, что при взаимодействии с водородом изменяются процессы образования и исчезновения неравновесных электронов в оксидах. Композиты с определенными составом и структурой способствуют более заметным изменениям в этих процессах.
Для создания образцов датчиков использовались порошки нанокристаллических оксидов индия и цинка. Ученые исследовали структуру и размер частиц с помощью просвечивающей электронной микроскопии и рентгеновской дифракции. Чтобы измерить электрические и сенсорные характеристики этих структур, была создана специальная установка, которая позволила поддерживать нужную температуру композита и создавать контролируемую атмосферу с водородом.
Эти результаты уже позволяют начать разработку нового типа резистивного датчика водорода, который не требует нагрева и может работать при дополнительном освещении. Такие сенсоры будут полезны не только для мониторинга загрязнения воздуха на промышленных предприятиях, но и для контроля состава воздуха на закрытых объектах, таких как подводные лодки, шахты и космические корабли, где малейшие изменения химического состава могут быть опасны для жизни.
Исследование проводилось совместно с учеными из Института химической физики РАН, Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» и акционерного общества «Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова».
распечатать статью