В НИУ МИЭТ разработали сверхчувствительный материал для газовых датчиков

МОСКВА, 17 дек — РИА Новости. Материал для обнаружения аммиака в воздухе разработали специалисты НИУ МИЭТ в составе научного коллектива. Результаты экспериментов показывают, что датчики смогут "распознавать" одну молекулу аммиака среди пяти миллиардов молекул воздуха, что позволит создать чувствительные приборы для наблюдения за состоянием атмосферного воздуха, а также применения на агропромышленных, фармацевтических, лакокрасочных и химических предприятиях. Исследование представлено в Sensors and Actuators B: Chemical.

Аммиак (NH₃) — бесцветный газ с характерным запахом, который широко используется в самых разных отраслях промышленности: при производстве минеральных удобрений, в синтезе биологически активных веществ и изготовлении некоторых видов красок. Повышенное содержание аммиака в воздухе приводит к раздражению слизистых оболочек глаз и дыхательных путей вплоть до отека легких.

Органы обоняния человека благодаря нескольким сотням типов рецепторов позволяют различать запах этого газа тогда, когда его содержание превышает одну молекулу на 300 000 (1-3 мг/м3), тогда как потенциально опасная концентрация начинается с одной молекулы на 37 000 (20 мг/м3), но допустимая среднесуточная концентрация в атмосферном воздухе населенных мест — существенно меньше — лишь одна молекула на 17 000 000 (0,04 мг/м3) согласно нормативным документам (ГОСТ 6221-90).

Поэтому для контроля содержания аммиака в воздухе рабочих помещений и в атмосферном воздухе населенных мест используются сенсоры, которые должны обладать должной чувствительностью (способностью выявлять присутствие целевой молекулы) и селективностью (умением узнавать ее среди многих других), рассказали специалисты Национального исследовательского университета "МИЭТ" (НИУ МИЭТ).

© РИА Новости / Игорь Маслов

Перейти в медиабанк

Площадка для хранения жидкого аммиака на химзаводе "Стирол" в Горловке

Из-за неспособности человека почувствовать незначительное повышение содержания аммиака, для контроля состояния воздуха рабочих помещений и территорий населенных людьми, используются сенсоры, которые должны обладать должной чувствительностью (способностью выявлять присутствие целевой молекулы) и селективностью (умением узнавать ее среди многих других), рассказали специалисты Национального исследовательского университета "МИЭТ" (НИУ МИЭТ).

По их словам, за эффективность устройств распознавания газов отвечает состав сенсорного слоя. Используемые в настоящее время материалы для его изготовления демонстрируют необходимую чувствительность и селективность для контроля воздуха лишь при повышенных температурах разогреваемой поверхности сенсора (около 200°С), характеристики ухудшаются при комнатных температурах.

Коллектив исследователей НИУ МИЭТ и Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе предложил новый материал для обнаружения аммиака на основе углеродных нанотрубок. Как утверждают авторы, их разработка сможет выявлять аммиак в воздухе при комнатной температуре работы датчика. Согласно теоретической оценке, чувствительность материала более чем в десять тысяч раз превышает возможности человеческого обоняния.

«

"Подобные сенсорные структуры приближают нас к чувствительности, которая может достигаться, например, собаками для некоторых молекул (менее 0,01 молекулы на миллиард). Такой эффект достигается за счет комбинирования углеродных материалов с разными функциональными группами и свойствами: нанотрубок и аминированного восстановленного оксида графена", — рассказал один из авторов разработки, научный сотрудник научно-образовательного центра "Зондовая микроскопия и нанотехнология" НИУ МИЭТ Алексей Ромашкин.

Специалист пояснил, что дополнительную сложность для работы газовых сенсоров создает колеблющаяся влажность воздуха, влияющая на физические параметры сенсорного материала. Новый материал в широком диапазоне влажности воздуха сохраняет высокую чувствительность и селективность.

В будущем коллектив планирует улучшить чувствительность и исследовать другие модификации углеродных наноматериалов для увеличения набора различных типов сенсоров и распознавания большего числа газов.

Работа выполнена 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), и Российского научного фонда (Проект № 21–79–00180).