Главная страница /

 

Научный коллектив из Москвы и Санкт-Петербурга добился существенного повышения чувствительности сенсоров к легкогорючим газам и предложили экономичную технологию их производства. Работа опубликована в престижном журнале Materials Science and Engineering: B.

 

Взрывы и пожары, возникающие в результате утечки или выброса газов, по-прежнему остаются распространёнными явлениями. Одной из часто встречающихся причин такого рода происшествий является смешение горючих газов и паров с воздухом. Наиболее надежной гарантией предотвращения взрыва/пожара является постоянный мониторинг присутствия в воздухе агрессивных газов и паров.

 

BTEX — это группа легкогорючих и крайне токсичных газов, названная аббревиатурой первых букв английских названий входящих туда соединений: бензол, толуол, этилбензол и ксилол (аббревиатура  - первые буквы английских названий соединений). BTEX-газы являются простейшими ароматическими соединениями и в большом количестве содержатся в атмосфере экологически неблагоприятных регионов, в т.ч. в местах добычи и переработки нефти. В последнее время широкое распространение получил подход по оценке общей загрязнённости региона по содержанию BTEX-газов. Если компоненты данной группы газов содержатся в количестве, превышающем предельно допустимые концентрации, то и более сложные, сопутствующие соединения обычно также превышают допустимую норму. В связи с этим, оптимизация газовых сенсоров, направленная на анализ BTEX-газов, является очень актуальной и практически значимой задачей.

 

Коллективу российских химиков и материаловедов удалось добиться высокой чувствительности сенсоров для обнаружения токсичных и легко воспламеняемых газов. Работу комментирует кандидат химических наук, научный сотрудник Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН Артём Мокрушин: «Идея исследования заключается в том, чтобы детектировать простейшие ароматические газы при помощи полупроводниковых газовых сенсоров. BTEX-газы являются побочными продуктами нефтехимического синтеза, а также содержатся в некоторых готовых продуктах лакокрасочной и нефтехимической промышленности (смазочные материалы, топливо, обезжириватели и другие). Мы получили высокий отклик на бензол и водород, которые являются легко воспламеняемыми газами (нижний предел взрываемости водорода равен 4%, а бензола 1.2%), ко всему прочему бензол также является крайне токсичным канцерогеном с ПДК порядка 0.1–5 ppm и нейротоксином, наносящим серьезный вред печени, почкам, селезенке и желудку, он способствует образованию в воздухе вторичных загрязнителей, в том числе ультрадисперсных частиц, и полициклических ароматических углеводородов. Индивидуальный оксид цинка является одним из наиболее широко используемых материалов в полупроводниковых газовых сенсорах. Он не проявляет высокой чувствительности к BTEX-газам, однако при допировании платиной удается значительно увеличить чувствительность и селективность к бензолу и водороду. Такой эффект возникает за счет каталитических свойств платины».

 

Платина является превосходным катализатором реакции окисления водорода, углеводородов и ароматических соединений, что объясняет увеличение сенсорного отклика на эти газы. Авторы использовали сенсоры четырех составов и применили метод главных компонент, при котором можно селективно разделять сигналы при детектировании выбранных газов.

 

Новизна предложенного подхода заключается в том, что при создании массива сенсора был применен метод пневматической микроплоттерной печати – аддитивная технология, позволяющая воспроизводимо получать чувствительные слои газовых сенсоров, что создает огромный потенциал для масштабирования производства.

 

Использованный авторами метод микроплоттерной печати является более выигрышным по сравнению с распространенным методом трафаретной печати, и позволяет с высокой разрешающей способностью наносить чувствительные слои сложного состава, что в дальнейшем может быть успешно использовано для получения многофункциональных миниатюрных мультисенсоров на различные газы.

 

Работа, выполнена при поддержке гранта Президентской программы РНФ (№ 20-73-00309)

 

Источник: Artem S. Mokrushin, Ilya A. Nagornov, Tatyana L. Simonenko, Nikolay P. Simonenko, Philipp Yu. Gorobtsov, Tamara V. Khamova, Gennady P. Kopitsa, Alexey N. Evzrezov, Elizaveta P. Simonenko, Vladimir G. Sevastyanov, Nikolay T. Kuznetsov. Chemoresistive gas-sensitive ZnO/Pt nanocomposites films applied by microplotter printing with increased sensitivity to benzene and hydrogen. Materials Science and Engineering: B. Advanced Functional Solid-State Materials. 2021. V. 271. P. 115233. DOI: 10.1016/j.mseb.2021.115233

 

Пресс-релиз опубликован на сайтах информационного агентства ТАСС https://nauka.tass.ru/nauka/11516055?nw=1622499752000, РНФ https://rscf.ru/news/release/razrabotan-novyy-metod-polucheniya-vysokochuvstvitelnykh-sensorov-k-toksichnym-i-legkovosplamenyaemy/, Научная Россия https://scientificrussia.ru/news/novyj-metod-polucheniya-vysokochuvstvitelnyh-sensorov-k-toksichnym-i-legkovosplamenyaemym-gazam, РАН http://www.ras.ru/news/shownews.aspx?id=f1fb414a-085b-483e-bd01-f26044b8fbb6, Поиск https://poisknews.ru/themes/himiya/novyj-metod-sinteza-sensorov-chuvstvitelnyh-k-toksichnym-gazam-sozdali-rossijskie-uchenye/, Рамблер https://news.rambler.ru/tech/46533687-razrabotany-chuvstvitelnye-k-toksichnym-i-legkovosplamenyaemym-gazam-sensory/, в Научном микроблоге базы данных результативности деятельности научных организаций Минобрнауки России https://sciencemon.ru/office/org/blog/259026/