Ученые из Пензы ведут работу над созданием газоанализатора на основе наноматериалов

Прототип чувствительного элемента будет представлен в 2020 году

Ученые Пензенского государственного университета (ПГУ) ведут разработку чувствительных элементов газоанализатора на основе оксидных наноматериалов, которые могут в сотни раз увеличить сенсорный отклик прибора на изменение концентрации газа. Об этом сообщил доцент кафедры нано- и микроэлектроники Пензенского государственного университета, кандидат физико-математических наук Андрей Карманов.

"Мы планируем представить чувствительный элемент для газоанализатора, созданный на основе оксидных наноматериалов, в 2020 году", - отметил Карманов.

Эта работа является частью фундаментального исследования электрофизических, адсорбционных и сенсорных свойств наноматериалов, которые выполняют сотрудники кафедры на средства федерального гранта.

По словам собеседника агентства, в рамках проекта ученые исследуют свойства оксидных наноматериалов. "Самый простой вариант, который мы используем, - это оксид цинка. При его переводе в ультрадисперсное или, другими словами, наносостояние, мы получаем материал с уникальными свойствами, который можно использовать сразу в нескольких областях - при создании газовых сенсоров, фотокатализаторов или датчиков вакуума. Это три основных направления, над которыми мы работаем в данный момент с коллегами", - добавил Карманов.

Сверхчувствительные газоанализаторы

Оксид цинка в ультрадисперсном состоянии имеет чрезвычайно развитую поверхность, отмечает Карманов. "За счет этого у оксидного наноматериала есть большое число центров адсорбции (процесс, характеризующий, в том числе, поглощение газов твердыми веществами)", - продолжил собеседник. Это помогает добиться увеличения чувствительности сенсоров.

"Конечно, все зависит от рабочей температуры прибора и от конкретного газа. Мы экспериментировали с сенсорным откликом на увеличение концентрации этанола в воздухе, что актуально для многих промышленных производств. Эксперименты показали, что существует сверхвысокий отклик, который примерно в 100 тыс. раз больше, чем у классических сенсоров", - отметил Карманов.

Принцип действия полупроводниковых газовых сенсоров, которые в основном представлены на рынке, связан с нагреванием оксида металла для увеличения его чувствительности. "Если бы нам удалось полностью отказаться от подогрева чувствительного элемента, то сенсор можно было бы использовать в тех областях, где существуют потенциально взрывоопасные газы. Это, в перспективе, позволит контролировать концентрацию метана в горнодобывающей промышленности или создавать бытовые газоанализаторы на основе наноматериалов", - отметил собеседник агентства.

Еще одно направление, над которым работают ученые ПГУ, - использование оксидных наноматериалов для создания датчиков вакуума, которые применяются в промышленности для измерения уровня давления. "Большинство коммерческих датчиков вакуума имеют крупные габариты. Чувствительный элемент разрабатываемого нами датчика миниатюрный, соответственно, мы решаем задачу уменьшения изделия по всем параметрам. Это может представлять значительный интерес для коммерческого использования", - отметил собеседник.

По его словам, чувствительный элемент для таких датчиков планируется представить в конце 2020 года.

Оксидные наноматериалы представляют собой эффективные фотокатализаторы. "За счет развитой поверхности при облучении ультрафиолетом они способны активно взаимодействовать с органическими веществами, расщепляя их на простейшие составляющие - воду и углекислый газ. Например, кровля Сиднейского оперного театра покрыта оксидом титана. Ее можно назвать самоочищающейся - когда светит солнце, все загрязнения уничтожаются, благодаря фотокаталитическому эффекту", - отмечает Карманов.

Сейчас пензенские ученые работают над тем, чтобы фотокатализ проходил при любом видимом свете. "Дальнейшие наши планы связаны с решением проблемы, чтобы облучение оксидных наноматериалов видимым светом позволяло проводить такие фотокаталитические реакции. Представьте, что такой фотокатализатор можно добавить в краску, потом покрасить ей стену - и вы получите поверхность, которая будет самоочищаться", - добавил он.

По его словам, фотокатализаторы на основе оксидных наноматериалов в перспективе можно использовать также для утилизации фармакологических препаратов - подобных разработок пока нет ни в России, ни за рубежом. "Одна из наших целей - создать эффективный фотокатализатор, который бы полностью расщеплял фарм-препараты на простейшие составляющие", - сказал Карманов.