Обнаружение молекул газа нанодатчиком в представлении художника

Физики из МФТИ и институтов РАН создали новые датчики газа на базе наночастиц оксида цинка и индия, работающие при комнатной температуре и абсолютно безопасные для работы в космосе и в потенциально взрывоопасных средах, говорится в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.

«Наши детекторы отличаются от стандартных полупроводниковых сенсоров тем, что работают при комнатной температуре, в результате чего сводится на нет опасность возгорания или взрыва в процессе работы, если определяемое вещество горючее или взрывоопасное», — рассказывает Леонид Трахтенберг, профессор кафедры химической физики МФТИ.

За последние годы физики и химики создали десятки различных полупроводниковых устройств и датчиков из различных наноматериалов, способных улавливать и «подсчитывать» молекулы различных газов в воздухе или в других газовых средах. Подобные системы сегодня отвечают за обеспечение безопасности АЭС, различных химических предприятий и других заводов, утечки газов на которых могут привести не только к смерти персонала, но и к масштабным экологическим бедствиям.

Многие все подобные устройства обладают одним общим и очень большим недостатком – для анализа состава газа они должны разогреть его до температуры в 300-500 градусов Цельсия, что может привести к взрыву, если в анализируемой смеси содержится водород, углеводороды и другие горючие вещества.

Трахтенберг и его коллеги ликвидировали этот недостаток нанодетекторов газа, открыв материал, который позволяет осуществлять подобный анализ при комнатной температуре, используя энергию света.

Созданный ими детектор представляет собой порошок из наночастиц, содержащих в себе два вещества – оксид цинка и оксид индия. И тот, и другой оксид, как обратили внимание ученые, особенно чутко реагируют на молекулы различных восстановителей, в том числе водорода и углеводородов, сближающихся с ними, что отражается в том, как они взаимодействуют со светом.

Как обнаружили ученые, пленки из этих веществ начинают пропускать через себя больше тока, если рядом с ними находятся молекулы водорода и других газов и их освещают лучами зеленого света. То, как сильно меняется их проводимость, зависит от количества и типа газов в воздухе, что позволяет использовать нанокристаллы из оксидов индия и цинка в качестве сверхчувствительных датчиков водорода, работающих даже при комнатной температуре.

Помимо водорода, подобные датчики, как обнаружили ученые в ходе дальнейших экспериментов, могут использоваться и для наблюдений за другими газами, в том числе и окислителями. Их безопасный и компактный характер, как надеются ученые, поможет найти им применение не только на Земле, но и в космосе, а также при анализе химического состава жидкостей.