В НИУ МИЭТ разработали сверхчувствительный материал для газовых датчиков

Специалисты НИУ МИЭТ разработали материал для обнаружения аммиака в воздухе, который позволяет датчикам "распознавать" одну молекулу аммиака среди пяти миллиардов молекул воздуха.

Это открытие имеет огромный потенциал для создания чувствительных приборов, которые могут использоваться для наблюдения за состоянием атмосферы и применения на различных промышленных предприятиях. Результаты экспериментов были опубликованы в журнале Sensors and Actuators B: Chemical.

Это новое достижение в области датчиков аммиака открывает перед нами возможности для более точного контроля за качеством воздуха и процессами производства. Специалисты подчеркивают, что использование таких чувствительных приборов может значительно повысить безопасность и эффективность работы на различных предприятиях.

Исследование, проведенное научным коллективом НИУ МИЭТ, демонстрирует важность развития новых технологий в области мониторинга атмосферы и промышленных процессов. Эти результаты могут стать отправной точкой для создания инновационных решений в различных отраслях, где контроль за содержанием аммиака играет ключевую роль.

Аммиак (NH3) — газ без цвета, с характерным запахом, который находит применение в различных отраслях промышленности. Он используется при производстве минеральных удобрений, в синтезе биологически активных веществ и в производстве некоторых видов красок. Повышенное содержание аммиака в воздухе может вызвать раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, вплоть до отека легких.

Органы обоняния человека обладают несколькими сотнями типов рецепторов, что позволяет различать запах аммиака, превышающего 37 мг/м3. Согласно ГОСТ 6221-90, потенциально опасная концентрация начинается с 20 мг/м3. Однако допустимая среднесуточная концентрация в атмосфере населенных пунктов значительно ниже — всего 0,04 мг/м3 (что составляет одну молекулу на 17 000 000).

При работе с аммиаком необходимо соблюдать все меры предосторожности, чтобы избежать негативных последствий для здоровья. Важно также контролировать уровень аммиака в воздухе, чтобы обеспечить безопасные условия труда и окружающей среды.

Специалисты Национального исследовательского университета "МИЭТ" (НИУ МИЭТ) объяснили, что важность контроля состояния воздуха в рабочих помещениях и населенных территориях обусловлена неспособностью человека почувствовать даже незначительное повышение содержания аммиака. Для этой цели используются сенсоры, которые должны обладать должной чувствительностью и селективностью. Они способны выявлять присутствие целевой молекулы и узнавать ее среди многих других. По мнению специалистов, эффективность устройств распознавания газов зависит от состава сенсорного слоя.

В настоящее время активно исследуются материалы, способные обнаруживать аммиак при комнатной температуре. Однако большинство существующих материалов демонстрируют необходимую чувствительность только при повышенных температурах около 200°С, что ограничивает их применение.

Исследователи из НИУ МИЭТ и Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе представили новый материал на основе углеродных нанотрубок для обнаружения аммиака. По их словам, этот материал способен работать при комнатной температуре, что делает его более удобным и эффективным для использования в датчиках.

Согласно проведенной теоретической оценке, чувствительность нового материала превышает возможности человеческого обоняния более чем в десять тысяч раз. Это открывает новые перспективы для развития сенсорных технологий и улучшения качества контроля за составом воздуха.

Исследования газовых сенсоров сталкиваются с дополнительной сложностью из-за изменчивой влажности воздуха, что влияет на физические свойства сенсорного материала. Новый материал обладает высокой чувствительностью и селективностью в широком диапазоне влажности, что делает его перспективным для использования.

План коллектива включает в себя улучшение чувствительности газовых сенсоров и исследование различных модификаций углеродных наноматериалов. Это направление исследований позволит расширить ассортимент сенсоров и повысить способность распознавания различных типов газов.

Работа над проектом осуществлена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания (в МИЭТ, № FSMR-2023-0002; в ФТИ им. А.Ф. Иоффе: № FFUG-2022-0010), а также при финансовой поддержке Российского научного фонда (Проект № 21–79–00180).

Источник и фото - ria.ru