В НИУ МИЭТ разработали сверхчувствительный материал для газовых датчиков

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

Это открытие позволит создать высокочувствительные датчики для мониторинга состава атмосферы и их применения в различных отраслях, таких как сельское хозяйство, фармацевтика, лакокрасочная и химическая промышленность. Исследование, опубликованное в Sensors and Actuators B: Chemical, открывает новые перспективы для контроля за окружающей средой и производством.

Эксперты подчеркивают, что разработанные датчики обладают уникальной способностью детектировать аммиак на уровне одной молекулы, что делает их незаменимыми инструментами для точного мониторинга загрязнения воздуха. Благодаря этому технологическому прорыву, промышленные предприятия смогут более эффективно контролировать выбросы и соблюдать экологические стандарты.

Создание таких высокочувствительных датчиков для обнаружения аммиака открывает новые горизонты в области контроля за качеством окружающей среды и безопасностью производства. Такие инновационные технологии могут значительно улучшить условия труда на предприятиях и снизить негативное воздействие на окружающую среду.

Аммиак (NH3) — газ без цвета с характерным запахом, который находит применение в различных отраслях промышленности, включая производство удобрений, синтез биологически активных веществ и производство красок. Увеличенное содержание аммиака в воздухе может вызвать раздражение глаз и дыхательных путей, вплоть до отека легких.

Органы обоняния человека обладают способностью различать запах аммиака благодаря множеству рецепторов, активируемых при превышении концентрации газа 37 мг/м3. Согласно ГОСТ 6221-90, потенциально опасная концентрация начинается с 20 мг/м3. Однако допустимая среднесуточная концентрация аммиака в атмосфере населенных пунктов значительно ниже — всего 0,04 мг/м3 (что соответствует одной молекуле на 17 000 000).

Имея в виду разнообразное применение аммиака в промышленности, необходимо соблюдать строгие стандарты по его содержанию в воздухе для обеспечения безопасности и здоровья работников и населения.

Для контроля качества воздуха в помещениях и на территориях, где присутствуют люди, используются сенсоры, способные обнаруживать даже незначительное повышение содержания аммиака. Эти устройства должны обладать высокой чувствительностью и селективностью, чтобы точно определять присутствие целевой молекулы. Об этом рассказали специалисты из Национального исследовательского университета "МИЭТ" (НИУ МИЭТ).

Специалисты НИУ МИЭТ подчеркнули, что эффективность сенсоров определяется составом сенсорного слоя. Это позволяет устройствам распознавать различные газы и обеспечивать точное контролирование состояния воздуха в реальном времени. Важно, чтобы сенсоры были надежными и точными, чтобы обеспечить безопасность и комфорт для людей, находящихся внутри помещений.

Новый материал, предложенный коллективом исследователей НИУ МИЭТ и Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе, представляет собой революционный прорыв в области обнаружения аммиака. В отличие от существующих материалов, этот материал способен работать при комнатной температуре, обеспечивая высокую чувствительность и селективность в обнаружении вредных веществ в воздухе.

Используемые в настоящее время материалы для создания сенсоров обнаружения аммиака демонстрируют ограниченную эффективность при комнатной температуре, что затрудняет их применение в повседневной жизни. Однако новый материал на основе углеродных нанотрубок обещает решить эту проблему, предлагая высокую чувствительность и надежность даже при нормальных условиях эксплуатации.

По мнению авторов исследования, разработанный материал обладает потенциалом превзойти человеческие возможности в обнаружении аммиака в воздухе. Теоретические расчеты показывают, что чувствительность нового материала превышает возможности человеческого обоняния более чем в десять тысяч раз, что делает его идеальным выбором для создания эффективных датчиков вредных газов.

Исследователи обнаружили, что работа газовых сенсоров осложняется изменчивой влажностью воздуха, которая влияет на свойства сенсорного материала. Новый материал обладает высокой чувствительностью и селективностью в широком диапазоне влажности, что делает его эффективным для работы с газами.

Коллектив планирует дальнейшее улучшение чувствительности сенсоров и исследование различных модификаций углеродных наноматериалов. Целью является расширение ассортимента сенсоров и увеличение числа распознаваемых газов.

Результаты исследования были получены благодаря поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации и Российского научного фонда. Работа проводилась в рамках государственного задания в МИЭТ и ФТИ им. А.Ф. Иоффе, а также по проекту Российского научного фонда.

Источник и фото - ria.ru