Разработан новый подход к созданию материалов для газовых датчиков

Исследователи ФИЦ «Казанский научный центр Российской академии наук» совместно с коллегами из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова установили фундаментальные закономерности, позволяющие целенаправленно создавать материалы для высокочувствительных газовых сенсоров.

Газовые сенсоры являются ключевым элементом современных систем экологического мониторинга и промышленной безопасности. Они позволяют обнаруживать токсичные газы и летучие органические соединения, контролировать выбросы предприятий и следить за качеством атмосферного воздуха. Однако создание новых сенсорных материалов до сих пор во многом основывалось на длительном экспериментальном подборе состава.

Авторы впервые подробно проследили взаимосвязь между химическим составом материала, его внутренней структурой и чувствительностью к различным газам, сформулировав принцип «состав — структура — свойства» для перспективных полупроводниковых сенсоров.

Исследователи синтезировали две серии наноматериалов на основе оксида олова и оксида вольфрама, модифицированных соединениями марганца, и изучили их способность обнаруживать угарный газ, оксид азота, аммиак, бензол и метанол. Комплекс современных методов анализа позволил установить, какие изменения происходят в материале во время синтеза и каким образом они влияют на чувствительность сенсора.

Наиболее важным результатом стало обнаружение, что введение марганца значительно повышает эффективность сенсоров на основе оксида олова при обнаружении летучих органических соединений, тогда как аналогичная модификация оксида вольфрама практически не улучшает характеристики материала. Ученые показали, что причина заключается в различном химическом состоянии марганца и формировании разных кристаллических структур.

По оценкам авторов, разработанный подход может быть использован при создании высокочувствительных датчиков контроля атмосферного воздуха, систем мониторинга выбросов промышленных предприятий, сенсоров для предприятий нефтехимической, химической и энергетической отраслей, интеллектуальных систем экологического мониторинга и технологий «умного города», портативных приборов контроля качества воздуха.

Исследование также имеет фундаментальное значение для отечественного материаловедения и сенсорных технологий, считают ученые. Оно закладывает научную основу для разработки нового поколения российских газовых сенсоров, востребованных в экологическом контроле, промышленной безопасности, медицине, транспорте и системах мониторинга окружающей среды. Переход от эмпирического подбора материалов к их рациональному проектированию позволит ускорить создание новых приборов, сократить затраты на разработки и повысить конкурентоспособность российских технологий.

Исследование выполнено при поддержке гранта Минобрнауки России по приоритетным направлениям развития науки и техники (КНП «Экология промышленных городов»).

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации