Ученые из Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова совместно с сотрудниками Федерального исследовательского центра «Казанский научный центр Российской академии наук» нашли важные закономерности, которые помогут создавать материалы для высокочувствительных газовых сенсоров. Результаты исследования опубликованы в Russian Journal of General Chemistry.
Газовые сенсоры необходимы для экологического мониторинга и промышленной безопасности, чтобы обнаруживать токсичные газы и летучие органические соединения, контролировать выбросы предприятий и следить за качеством атмосферного воздуха.
Новые материалы для датчиков ранее подбирали экспериментально — теперь исследователи 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.
Ученые 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. Благодаря современным методам анализа удалось установить, какие изменения происходят в материале во время синтеза и каким образом они влияют на чувствительность сенсора.
В результате исследователи обнаружили, что введение марганца повышает эффективность сенсоров на основе оксида олова при обнаружении летучих органических соединений, тогда как аналогичная модификация оксида вольфрама практически не улучшает характеристики материала. Причина заключается в различном химическом состоянии марганца и формировании разных кристаллических структур.
Эти результаты позволяют проектировать датчики не методом перебора, а на четкой научной основе, заранее задавая нужные свойства.
Метод поможет создавать более точные и надежные датчики для контроля воздуха, которые найдут применение на заводах, в нефтехимической и энергетической отраслях, а также в системах «умного города» и в компактных приборах, которые удобно носить с собой. Такие сенсоры особенно важны для промышленных городов, потому что они способны чутко улавливать главные загрязнители — угарный газ, оксиды азота и летучие органические соединения. Благодаря этим устройствам получится быстрее замечать опасные концентрации вредных веществ, лучше контролировать выбросы предприятий и выстраивать широкую сеть наблюдений за состоянием воздуха. В итоге снизятся экологические риски, а качество городской среды станет выше.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что на Урале создали молекулу для обнаружения взрывчатки.
