В Пензенском государственном университете (ПГУ) презентовали новые образцы высокочувствительных и быстродействующих газовых датчиков. Исследователи представили инновационный подход к управлению характеристиками материала, что открывает возможность для создания сенсоров, адаптированных под конкретные потребности заказчиков.
Газовые датчики, устройства, регистрирующие присутствие газов в воздухе и анализирующие их состав и концентрацию, активно используются в различных сферах промышленности и в быту. Эти приборы — важная составляющая систем противопожарной безопасности и горнодобывающей промышленности, а также они необходимы для экологического мониторинга, в нефтехимической отрасли, автомобилестроении и бытовой технике.
«Задачи, которые решают датчики, требуют к ним разных требований. Например, в бытовых приборах ценовая доступность важнее, чем высокая чувствительность. Однако в шахтах необходимо улавливать минимальные изменения состава газов. Именно поэтому мы должны разрабатывать датчики с учетом конкретной области их применения», — пояснил руководитель проекта, доцент кафедры «Нано- и микроэлектроника» ПГУ, кандидат физико-математических наук Андрей Карманов.
Ученые разработали уникальную технологию создания газовых сенсоров хеморезистивного типа. Структура материала сенсора формируется посредством комбинирования золей с различным временем созревания и внедрения модификаторов (металлов) на надмолекулярном уровне. Контроль над размером частиц осуществляется с помощью инфракрасной спектроскопии.
«Размер частиц, из которых формируется материал сенсора, определяется временем созревания золь-геля. Контролируя это время, мы регулируем размеры частиц на ранних этапах синтеза, что позволяет добиваться нужных характеристик чувствительного элемента», — объяснил Андрей Карманов.
Новый сенсор обладает высокой чувствительностью и быстродействием, при этом стоимость его чувствительного элемента значительно ниже аналогов.
«Хотя исследования в области газовых сенсоров ведутся долгое время, остаются нерешенные задачи. Мы смогли оптимизировать чувствительность и быстродействие», — отметил Андрей Карманов.
В лаборатории кафедры «Нано- и микроэлектроника» ПГУ были разработаны первые образцы чувствительных элементов газовых сенсоров хеморезистивного типа на основе металлооксидных наноматериалов. Были протестированы порядка 100 образцов, что позволило установить, что структура материала с различным временем созревания золей и модифицированными металлами обладает разной чувствительностью и временем отклика. Это делает производство датчиков более управляемым и повышает безопасность оборудования, в которое они встроены.
Исследования выполняются при поддержке РНФ.
