Сотрудники физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова и их коллеги выявили механизм, позволяющий газовому датчику на основе нанокристаллических оксидов металлов работать при комнатной температуре. Это изобретение позволит более эффективно вести мониторинг среды на АЭС, а также на подводных лодках и космических кораблях. Об открытии сообщается в журнале ScientificReports.
Ученые предложили принципиально новый принцип работы датчика водорода. В отличие от большинства резистивных газовых датчиков, он работает не при нагреве, а при освещении светом видимого диапазона. Это открытие позволит существенно снизить энергопотребление датчика, а также расширить сферы его применения.
«Такие датчики можно будет использовать во взрывоопасных средах, или их можно будет встраивать в мобильные устройства, не конструируя дополнительные системы теплоотвода», — рассказал Александр Ильин, соавтор исследования, аспирант физического факультета МГУ.
Исследователи выяснили, что композиты на основе оксидов цинка и индия позволяют значительно увеличить чувствительность датчика к водороду. Также физики предложили объяснение повышенной чувствительности созданного композита. По их мнению, механизм отклика датчика заключается в изменении процессов генерации и рекомбинации неравновесных электронов оксидов при взаимодействии с водородом. Композиты определенного состава и структуры обеспечивают более значительное изменение этих процессов.
Образцы для датчика были получены из порошков нанокристаллических оксидов индия и цинка. Структуру и размер частиц ученые исследовали методами просвечивающий электронной микроскопии и рентгеновской дифракции. Для измерения электрических и сенсорных характеристик полученных структур была создана установка, в которой устанавливалась необходимая температура композита и создавалась контролируемая атмосфера с водородом.
Полученные результаты уже сейчас позволят начать разработку нового типа резистивного датчика водорода, работающего без нагрева при дополнительном освещении. Такие сенсоры перспективны не только для эффективного мониторинга загрязнения среды на промышленных предприятиях, но и для постоянного контроля состав воздуха на замкнутых объектах (подлодки, шахты, космические корабли), где малейшие изменения в химическом составе могут привести к человеческим жертвам.
Исследование выполнено совместно с учеными ИХФ РАН, НИЦ «Курчатовский институт» и АО «НИФХИ им. Л.Я. Карпова»
Фото: Схема датчика водорода. Источник: Александр Ильин/МГУ