Группа
ученых из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН и
Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева разработала
высокочувствительный сенсор, позволяющий определять наличие газов в воздухе
(кислород, сероводород) при их низкой концентрации. Результаты работы
опубликованы в Journal
of Alloys and Compounds (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.159090).
«Мы создали новый материал с рекордными
характеристиками. Сенсор на основе высокодисперсного оксида ниобия одновременно
чувствителен к минимальным концентрациям кислорода и сероводорода», - объясняет
кандидат химических наук, научный сотрудник Лаборатории химии легких элементов
и кластеров ИОНХ РАН Артём Мокрушин.
Чтобы добиться
необходимой чувствительности сенсора, его нужно нагреть, т.е. устройство
потребляет энергию. Существующие сенсоры для определения содержания кислорода
работают при высокой температуре – до 800–900ºС. Авторы предложили новый тип
газового сенсора, основанный на новом материале, позволяющем снизить рабочую
температуру до 200 градусов. Порошок нанокристаллического оксида ниобия,
полученный с помощью программируемого осаждения, применили для формирования
толстой газочувствительной пленки, как компонента газового датчика, путем
трафаретной печати.
В угольной и химической
промышленности существует проблема определения содержания вредных газов,
которые выделяются в процессе производства. Например, сероводород и угарный газ
попадают в воздух промышленной зоны при разгерметизации оборудования и могут
привести к авариям на производстве. Многие газы (угарный газ, сероводород,
оксиды азота и другие) являются чрезвычайно токсичными для человека и
одновременно представляют опасность для окружающей среды. В отдельную категорию
выделяют жизненно необходимый газ – кислород, падение содержания которого в
воздухе даже на несколько процентов приводит к разрушительным для организма
человека последствиям и даже к летальному исходу. Поэтому остро стоит проблема
определения загрязнителя на низких (до предельно допустимых концентраций), еще
не токсичных уровнях, особенно в тандеме с определением кислорода.
Исследователи планируют применить данную технологию получения оксида
ниобия в химической промышленности. «Выявленную
чувствительность к ультранизким концентрациям кислорода можно использовать при
получении, например, бескислородных высокочистых газовых смесей», - отметил Артём Мокрушин. Кроме того,
сенсор на основе чувствительного оксида ниобия можно разместить в портативных
электронных устройствах, а также использовать в качестве компонента «электронного
носа».
Работа поддержана грантом президента Российской
Федерации (MK-1023.2020.3).
Источник: A.S.Mokrushin,
T.L. Simonenko,
N.P. Simonenko,
P.Yu. Gorobtsov,
N.C. Kadyrov,
E.P. Simonenko,
V.G. Sevastyanov,
N.T. Kuznetsov. Chemoresistive Gas-Sensing Properties of Highly
Dispersed Nb2O5 Obtained by Programmable Precipitation.
Journal of Alloys and Compounds. Volume 868, 5 July 2021, 159090.
Рисунок. 3D-модель
сенсора с нанесенным покрытием из оксида ниобия.