Новый метод синтеза сенсоров, чувствительных к токсичным газам, создали российские ученые - Поиск - новости науки и техники
Поиск - новости науки и техники

Новый метод синтеза сенсоров, чувствительных к токсичным газам, создали российские ученые

01.06.2021
Химики добились существенного повышения чувствительности сенсоров к легкогорючим газам и предложили экономичную технологию их производства. Работа, выполненная при поддержке гранта Президентской программы РНФ, опубликована в журнале Materials Science and Engineering: B.
Взрывы и пожары, возникающие в результате утечки или выброса газов, по-прежнему остаются серьезной проблемой. Одна из частых причин подобных происшествий — смешение горючих газов и паров с воздухом. Чтобы избежать этого, специалисты проводят постоянный мониторинг присутствия в воздухе агрессивных газов и паров.
Особенно исследователей интересует BTEX — группа легкогорючих и крайне токсичных газов, которая включает: бензол, толуол, этилбензол и ксилол (аббревиатура — первые буквы английских названий соединений). BTEX-газы являются простейшими ароматическими соединениями и в большом количестве содержатся в атмосфере экологически неблагоприятных регионов, включая места добычи и переработки нефти. В последнее время они широко используются для оценки общей загрязненности региона. Если компоненты данной группы содержатся в количестве, превышающем предельно допустимые концентрации, то и более сложные, сопутствующие соединения (например, оксиды азота, оксид серы, метан и другие углеводороды) обычно также превышают допустимую норму. Поэтому оптимизация газовых сенсоров, направленная на анализ BTEX-газов, — очень актуальная и практически значимая задача.
«Идея исследования заключается в том, чтобы детектировать простейшие ароматические газы при помощи полупроводниковых газовых сенсоров. BTEX-газы являются побочными продуктами нефтехимического синтеза, а также содержатся в некоторых готовых продуктах лакокрасочной и нефтехимической промышленности (смазочные материалы, топливо, обезжириватели и другие)», — комментирует Артем Мокрушин, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат химических наук, научный сотрудник Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова.
Коллективу российских химиков и материаловедов из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Института химии силикатов имени И.В. Гребенщикова РАН и Петербургского института ядерной физики имени Б.П. Константинова удалось добиться высокой чувствительности сенсоров для обнаружения токсичных и легко воспламеняемых газов. Для этого они использовали платину, которая считается превосходным катализатором реакции окисления водорода, углеводородов и ароматических соединений, что объясняет увеличение сенсорного отклика на эти газы. Авторы разработали сенсоры четырех составов и применили метод главных компонент, при котором можно селективно разделять сигналы при детектировании выбранных газов.
«Мы получили высокий отклик на бензол и водород, которые являются легко воспламеняемыми газами. Ко всему прочему бензол — крайне токсичный канцероген и нейротоксин, наносящий серьезный вред печени, почкам, селезенке и желудку. Индивидуальный оксид цинка, использованный в нашей работе, один из наиболее широко применяемых материалов в полупроводниковых газовых сенсорах. Он не проявляет высокой чувствительности к BTEX-газам, однако при допировании платиной мы можем значительно увеличить его чувствительность и селективность к бензолу и водороду» — рассказывает Артем Мокрушин.
Новизна предложенного подхода заключается в том, что при создании массива сенсора был применен метод пневматической микроплоттерной печати – аддитивная технология, позволяющая воспроизводимо получать чувствительные слои газовых сенсоров, что создает огромный потенциал для масштабирования производства.
Использованный авторами метод микроплоттерной печати является более выигрышным по сравнению с распространенным методом трафаретной печати, и позволяет с высокой разрешающей способностью наносить чувствительные слои сложного состава, что в дальнейшем может быть успешно использовано для получения многофункциональных миниатюрных мультисенсоров на различные газы.
Пресс-служба РНФ

 

Нет комментариев

Загрузка...
Новости СМИ2