Главная страница /

 

Газовые сенсоры – это устройства, которые позволяют измерять концентрацию и/или определять наличие отдельных компонентов газовых смесей, в том числе паров жидких веществ. Учитывая, что многие газы (например, угарный газ или сероводород) бывают смертельны даже в микроскопической концентрации, такие датчики должны быть надежными и высокочувствительными.

 

В угольной и химической промышленности существует проблема определения содержания вредных газов, которые выделяются в процессе производства. Например, сероводород и угарный газ, попадают в воздух промышленной зоны при разгерметизации оборудования и могут привести к авариям на производстве. Многие газы (угарный газ, сероводород, оксиды азота и другие) являются чрезвычайно токсичными для человека, и одновременно представляют опасность для окружающей среды. В отдельную категорию выделяют жизненно необходимый газ – кислород, падение содержания которого в воздухе даже на несколько процентов приводит к разрушительным для организма человека последствиям и даже к летальному исходу. Поэтому остро стоит проблема определения загрязнителя на низких (до предельно допустимых концентраций), еще не токсичных уровнях, особенно в тандеме с определением кислорода.

 

Наиболее широко используемыми и удобными в эксплуатации являются сенсоры на основе полупроводниковых материалов, принцип действия которых основан на способности пленок оксидов металлов изменять свою электропроводность в результате процессов адсорбции-десорбции, протекающих при их взаимодействии с газовой средой. Одним из актуальных вопросов разработки газовых сенсоров является повышение их чувствительности и селективности, а также снижение потребляемой мощности при нагреве чувствительных элементов до рабочих температур.

 

Группа ученых из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН и Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева разработала высокочувствительный сенсор, позволяющий определять наличие газов в воздухе (кислород, сероводород) при их низкой концентрации. Результаты работы опубликованы в Journal of Alloys and Compounds.

 

«Мы создали новый материал с рекордными характеристиками. Сенсор на основе высокодисперсного оксида ниобия одновременно чувствителен к минимальным концентрациям кислорода и сероводорода», - объясняет кандидат химических наук, научный сотрудник Лаборатории химии легких элементов и кластеров ИОНХ РАН Артём Мокрушин.

 

Чтобы добиться необходимой чувствительности сенсора, его нужно нагреть, т.е. устройство потребляет энергию. Существующие сенсоры для определения содержания кислорода работают при высокой температуре – до 800–900ºС. Авторы предложили новый тип газового сенсора, основанный на новом материале, позволяющем снизить рабочую температуру до 200 градусов. Порошок нанокристаллического оксида ниобия, полученный с помощью программируемого осаждения, применили для формирования толстой газочувствительной пленки, как компонента газового датчика, путем трафаретной печати.

 

Исследователи планируют применить данную технологию получения оксида ниобия в химической промышленности. «Выявленную чувствительность к ультранизким концентрациям кислорода можно использовать при получении, например, бескислородных высокочистых газовых смесей», отметил Артём Мокрушин. Кроме того, сенсор на основе чувствительного оксида ниобия можно разместить в портативных электронных устройствах, а также использовать в качестве компонента «электронного носа».

 

Работа поддержана грантом президента Российской Федерации (MK-1023.2020.3).

 

Источник: A.S.Mokrushin, T.L. Simonenko, N.P. Simonenko, P.Yu. Gorobtsov, N.C. Kadyrov, E.P. Simonenko, V.G. Sevastyanov, N.T. Kuznetsov. Chemoresistive Gas-Sensing Properties of Highly Dispersed Nb₂O₅ Obtained by Programmable Precipitation. Journal of Alloys and Compounds. Volume 868, 5 July 2021, 159090. DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.159090 

 

Пресс-релиз опубликован в Научном микроблоге базы данных результативности деятельности научных организаций Минобрнауки России https://sciencemon.ru/office/org/blog/258774/, на сайтах РАН http://www.ras.ru/news/shownews.aspx?id=a001cd3a-1eea-445f-9dc8-d54b48134e70, ТАСС https://nauka.tass.ru/nauka/11122053