Nowy mechanizm wykrywania gazu w temperaturze pokojowej

Rosyjscy naukowcy opracowali mechanizm wykrywania wodoru cząsteczkowego przy użyciu zielonego światła. Po raz pierwszy powstał zatem czujnik gazu działający w temperaturze pokojowej. Artykuł został opublikowany w czasopiśmie Scientific Reports.

Obecnie opracowywane są wieloczujnikowe układy do określania składu mieszanki gazowej. Są to systemy monitorowania zawierające wiele czujników, które są ukierunkowane na poszczególne gazy. Takie czujniki mogą być używane do analizy jakości powietrza zarówno na zewnątrz, jak iw zamkniętych pomieszczeniach.

Śledzenie zanieczyszczeń atmosferycznych pozostaje istotnym problemem dla wielu krajów rozwiniętych. Ponieważ społeczności mieszkaniowe mają tendencję do skupiania się wokół obszarów przemysłowych, konieczne jest posiadanie mechanizmu umożliwiającego kontrolę szkodliwych emisji z zakładów i fabryk.

Poza tym pomiary składu powietrza są wymagane w elektrowniach jądrowych, na okrętach podwodnych i stacjach kosmicznych oraz w innych obiektach, w których dostęp do świeżego powietrza nie jest natychmiast dostępny: jeśli stężenie dwutlenku węgla wzrośnie lub substancja toksyczna wycieknie do systemu wentylacyjnego, może to zagrozić życiu personelu.

Komercyjne mieszaniny gazów, takie jak paliwa gazowe, również wymagają dokładnego monitorowania składu. Wśród nich jest wodór. Wykorzystywany jako paliwo gazowe, mógłby w przyszłości zastąpić węglowodory. Jest to czyste paliwo, które wypala tylko parę wodną po spaleniu. Ponadto wydajność spalania wodoru jest o 10 do 20 procent wyższa niż w przypadku węglowodorów. A przecież klęska statku powietrznego w Hindenburgu to smutne przypomnienie, jak niebezpieczny może być wodór. Do niedawna czujniki gazu oparte na nanokrystalicznych tlenkach metali miały temperaturę roboczą między 300 a 500 stopni Celsjusza. To czyni je niebezpiecznymi dla wykrywania substancji wybuchowych lub palnych. Ponadto, aby utrzymać te wysokie temperatury, wymagana jest duża moc, co uniemożliwia osadzenie takich czujników gazu w płytkach drukowanych urządzeń przenośnych.

Aby rozwiązać ten problem, rosyjscy naukowcy zaproponowali czujniki zdolne do pracy w temperaturze pokojowej. Ich nowe czujniki nanokompozytowe oparte są na tlenkach cynku i indu, a ich efektywność jest zmaksymalizowana przez zielone światło. Proponowane urządzenie może być wykorzystywane do wykrywania palnych, wybuchowych lub trujących substancji w atmosferze nawet przy niskich stężeniach.

"Mechanizm polega na indukowanym światłem przejściu nanokrystalicznych składników czujnika do stanu nierównowagi i wynikającej z tego zmiany w fotoprzewodnictwie czujnika oddziałującego z wodorem cząsteczkowym. Efekt ten jest związany z zależnością fotoprzewodnictwa od szybkości rekombinacji nośnika ładunku niesprawnego nośnika."- wyjaśnia Maria Ikim z Instytutu Fizyki Chemicznej Rosyjskiej Akademii Nauk.

"Detektory, które opracowaliśmy, różnią się od konwencjonalnych czujników półprzewodnikowych tym, że działają w temperaturze pokojowej, co eliminuje niebezpieczeństwo zapłonu lub wybuchu, gdy zaangażowane są substancje łatwopalne lub wybuchowe" - mówi Leonid Trakhtenberg z Wydziału Fizyki Chemicznej. "Większość prac związanych z fotoaktywacją czujnika omawia wpływ promieniowania ultrafioletowego na czujniki i skupia się na wykrywaniu gazów utleniających, ale wydajność diod nadfioletowych jest niska, a ich koszt jest znacznie wyższy niż ich odpowiedników emitujących w widocznej części spektrum: pracując z wodorem zbadamy możliwości wykrywania gazów redukujących."

Czujniki zaproponowane przez autorów mogą być wykorzystane do monitorowania składu powietrza atmosferycznego i analizy składu chemicznego gazów stosowanych w procesach przemysłowych. Chociaż badanie koncentruje się na gazach, te same czujniki można zmodyfikować, by kierować je na ciecze.

(KB)