Революция Трахтенберга
2 мин чтения
Революция Трахтенберга

Нанотехнологии на службе человека

Российские ученые разработали газовый датчик, работающий при комнатной температуре. Датчик на основе нанокомпозита оксида цинка и оксида индия ZnO-In2О3 определил концентрацию молекулярного водорода. Для обеспечения максимальной эффективности работы он дополнительно освещался зелёным светом.

Определение состава воздуха требуется на атомных электростанциях, подводных лодках, космических станциях – то есть там, где нет возможности закачки свежего воздуха извне. Необходимо это и для технических смесей. Например, газового топлива. Хорошим источником энергии и альтернативой нефтяным продуктам является водород.

При сгорании (окислении) водорода образуется водяной пар, безвредный для окружающей среды. К тому же КПД такого топлива на 10 – 20% превышает КПД сгорания нефтепродуктов. Водородное топливо уже начинают использовать отдельные автопроизводители. Однако в смеси с кислородом водород чрезвычайно взрывоопасен – не стоит забывать трагическую историю дирижабля «Гинденбург».

Фотоэлектрическая проводимость (кривая 1) и электрическая проводимость (кривая 2) композитной пленки ZnO-In2О3, где доля ZnO составила 10% общей массы, при периодическом обдувании потоком воздуха, содержащего водород. Оранжевым цветом выделены области сенсорного отклика.

До недавнего времени газовые датчики на основе нанокристаллических оксидов металлов работали при температуре 300 – 500 °C. Столь высокая рабочая температура делала небезопасным их использование для определения содержания в воздухе взрывоопасных и горючих примесей. К тому же необходимость поддерживать такую температуру приводит к повышенному энергопотреблению, что делает невозможным их использование в электронных платах портативных устройств.

Другое дело – инновационный датчик на основе нанокомпозита оксида цинка и оксида индия ZnO-In2О3, предложенный Леонидом Трахтенбергом, профессором МФТИ, Павлом Кашкаровым, директором Института нано-, био-, информационных, когнитивных и социогуманитарных наук и технологий МФТИ, Александром Ильиным и Павлом Форшем из МГУ, а также их коллегами из Института химической физики РАН.

«Механизм его работы заключается в переходе нанокристаллических компонентов датчика в неравновесное состояние под действием видимого света и в последующем изменении фотопроводимости датчика при взаимодействии с молекулярным водородом.

Эффект обусловлен зависимостью величины фотопроводимости от скорости рекомбинации неравновесных носителей заряда», — рассказала соавтор работы,  аспирантка лаборатории Функциональных нанокомпозитов Института химической физики имени Н. Н. Семенова РАН  Мария Иким.

«Что касается сенсоров с фотоактивацией, то обычно обсуждается воздействие ультрафиолетового света и обычно изучаются газы-окислители. У светодиодов, излучающих в ультрафиолетовом диапазоне, низкий КПД, и стоят они на порядок дороже светодиодов, работающих в видимой области спектра.

Кроме того, в нашей работе на примере водорода рассматриваются газы-восстановители», — подчеркнул доктор физико-математических наук, профессор кафедры Химической физики МФТИ Леонид Трахтенберг.

В работе предложен новый механизм фотоактивации сенсорного отклика, учитывающий переход носителей электрического заряда в неравновесное состояние. Этот процесс универсален и может быть использован как в газах-окислителях, так и в газах-восстановителях.

Разрабатываемый датчик может следить за составом воздуха и технических газообразных смесей. А при некоторой модификации сможет работать и с жидкостями.

Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.

Читайте нас в мобильном приложении

Если у Вас возник вопрос по материалу, то Вы можете задать его специальной рубрике Задать вопрос Тайна насекомых раскрыта Далее в рубрике Тайна насекомых раскрытаПочему они могут рождаться из неоплодотворенных яиц Читайте в рубрике «Инновации» Станислав Протасов: «Технологии Acronis спасают миллионы»Сооснователь IT-гиганта представил в Технопарке МФТИ настоящий гоночный болид «Формулы-1» Станислав Протасов: «Технологии Acronis спасают миллионы»
Подписывайтесь на канал rusplt.ru в Яндекс.Дзен
Подписывайтесь на канал rusplt в Дзен
Комментарии
Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
Дискуссии без купюр.
Читайте «Русскую планету» в социальных сетях и участвуйте в обсуждениях
Каждую пятницу мы будем присылать вам сборник самых важных
и интересных материалов за неделю. Это того стоит.
Закрыть окно Вы успешно подписались на еженедельную рассылку лучших статей. Спасибо!