Ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) и Академического университета имени Ж.И. Алферова создали новый сенсор, который может ощущать запахи и газы быстрее и точнее, чем наш нос.
Этот «умный нос» работает на основе микроэлектромеханической системы (МЭМС). МЭМС — это технология, которая позволяет создавать очень маленькие устройства с использованием различных чувствительных материалов.
Сенсор отслеживает отклонения в сопротивлении при быстром нагреве своего чувствительного слоя. Когда молекулы газа попадают на его поверхность, они влияют на количество свободных электронов в материале, что изменяет параметры проводимости. Технология позволила создать платформу на ультратонкой диэлектрической мембране толщиной менее 1 микрометра — почти в 100 раз тоньше человеческого волоса. Благодаря этому свойству сенсор может нагреваться до 300 °С всего за 50 мс и потребляет при этом очень мало энергии — всего 20 мВт.
«Мы разработали чувствительный слой на основе оксида никеля — полупроводника с высокой химической стабильностью и перспективного для детектирования восстановительных газов. Благодаря специальной технологии магнетронного напыления и последующей химико-термической обработки нам удалось достичь высокой чувствительности материала. Подбирая режимы мощности, концентрацию кислорода и температуру, мы можем точно управлять свойствами получаемой пленки. Важно подчеркнуть, что наша технология базируется на существующих возможностях предприятий микроэлектроники и не требует перестройки производственных линий, что ускорит вывод на рынок», — поделился один из авторов разработки, лаборант-исследователь Высшей инженерно-физической школы Института электроники и телекоммуникаций СПбПУ Илья Лаздин.
Разработка помогает сделать датчик более чувствительным к тем или иным газам, обеспечивает его надежную работу на протяжении долгого времени и снижает потребление энергии.
Сейчас ученые разрабатывают датчики, которые будут работать на одном чипе и смогут определять различные газы в сложных смесях. «Умный нос» сможет распознавать даже очень слабые запахи. В будущем устройства научатся проверять свежесть продуктов, диагностировать болезни по дыханию и находить утечки газа. Еще ученые пытаются сделать эти системы компактнее, чтобы их можно было использовать в носимых устройствах.
Тем временем ученые из Кореи разработали простой детектор аммиака.
