В Пензе разработали высокочувствительные газовые датчики нового поколения
Первые образцы высокочувствительных и быстродействующих газовых датчиков нового поколения представили в Пензенском государственном университете (ПГУ). Исследователи предложили новый способ управления свойствами материала, который позволяет создавать чувствительные элементы сенсора, которые можно адаптировать под конкретные задачи заказчика.
Газовые датчики — устройства, способные улавливать присутствие газов в воздухе и анализировать их состав и концентрации, — широко применяются в различных отраслях промышленности и в быту. Такие устройства — неотъемлемая часть оборудования, используемого в противопожарных системах и в горнодобывающей промышленности, они необходимы для мониторинга и обеспечения экологической безопасности, в нефтехимии, автомобилестроении, в бытовой технике.
«В зависимости от задачи, которую будет выполнять датчик, к нему предъявляются определенные требования. Например, в бытовых приборах не нужен высокочувствительный сенсор, здесь важнее цена. Напротив, в шахтах как раз требуется сенсор повышенной чувствительности, способный уловить малейшие изменения газовой смеси в воздухе. Именно поэтому нужно создавать датчики под определенную сферу применения», — рассказал руководитель проекта, доцент кафедры «Нано- и микроэлектроника» ПГУ, кандидат физико-математических наук Андрей Карманов.
Ученые разработали специальную технологию для создания газовых сенсоров хеморезистивного типа. Структура материала сенсора создается двумя методами: комбинацией золей с различным временем созревания и внедрением модификаторов (металлов) на надмолекулярном уровне — из отдельных молекул строится вещество с заданной структурой. Контроль размера частиц осуществляется с помощью инфракрасной спектроскопии.
«Размер формирующихся частиц, из которых состоит материал — основа поверхности сенсора, определяется временем созревания золь-геля. Контролируя время его созревания, мы контролируем на ранних этапах синтеза размер тех частиц, из которых состоит материал. Мы можем их делать больше или меньше, тем самым добиваемся от чувствительного элемента, полученного данным методом, нужных характеристик», — пояснил Андрей Карманов.
Новый сенсор обладают высокой чувствительностью и быстродействием, при этом цена его чувствительного элемента в несколько раз ниже, чем у аналогов.
«Исследования газовых сенсоров ведутся многие годы, но, несмотря на это, до сих пор имеется целый круг нерешенных задач. Одну из них нам удалось решить — мы оптимизировали чувствительность и быстродействие», — подчеркнул Андрей Карманов.
В лаборатории кафедры «Нано- и микроэлектроника» ПГУ исследователями были получены первые образцы чувствительных элементов газовых сенсоров хеморезистивного типа на основе металлооксидных наноматериалов с заданной структурой. Было проверено порядка 100 образцов на различные характеристики. Удалось установить: структура материала с золями разного времени созревания и модифицированными металлами обладает различной чувствительностью и временем отклика. На основе этого можно управлять структурой материала и создавать ее под сенсор с заданными характеристиками. Это значительно облегчает производство датчиков, а самое главное — повышается безопасность оборудования, в которое они будут встроены.
Исследования выполняются при поддержке РНФ.