Российские ученые разработали механизм определения молекулярного водорода нанокристаллическим сенсором при освещении зеленым светом. Рабочая температура такого газового датчика впервые снижена до комнатной. Работа опубликована в журнале Scientific Reports.

Сегодня активно разрабатываются системы мониторинга состава газовых смесей, состоящие из датчиков отдельных газов. Такие системы могут использоваться для анализа качества воздуха в атмосфере или в замкнутых пространствах. До недавнего времени газовые датчики на основе нанокристаллических оксидов металлов работали при температуре около 300–500 °C. Столь высокая температура делала использование таких датчиков небезопасным для определения взрывоопасных и горючих веществ. К тому же из-за высокой рабочей температуры датчик потребляет много энергии, поэтому подобного рода датчики газа невозможно использовать в электронных платах портативных устройств.

Предложенные сотрудниками МФТИ, МГУ и Института химической физики имени Н.Н. Семенова РАН датчики на основе нанокомпозита ZnO-In₂О₃ работают при комнатной температуре. Чтобы обеспечить максимальную эффективность работы, датчики дополнительно освещаются зеленым светом. Новая разработка может использоваться для детектирования малых концентраций различных горючих, взрывоопасных и отравляющих веществ в атмосфере.

«Механизм заключается в переходе нанокристаллических компонентов датчика в неравновесное состояние под действием освещения и в последующем изменении фотопроводимости датчика при взаимодействии с молекулярным водородом. Этот эффект обусловлен зависимостью величины фотопроводимости от скорости рекомбинации неравновесных носителей заряда», — рассказала соавтор работы Мария Иким из Института химической физики имени Н.Н. Семенова РАН.

«Разработанные нами детекторы отличаются от стандартных полупроводниковых сенсоров тем, что работают при комнатной температуре, в результате чего сводится на нет опасность возгорания или взрыва в процессе работы, если определяемое вещество горючее или взрывоопасное. Что касается сенсоров с фотоактивацией, то в большинстве работ обсуждается воздействие ультрафиолетового света и обычно изучаются газы-окислители. У светодиодов, излучающих в ультрафиолетовом диапазоне, низкий КПД, и стоят они на порядок дороже светодиодов, работающих в видимой области спектра. Кроме того, в нашей работе на примере водорода рассматриваются газы-восстановители», — говорит профессор кафедры химической физики МФТИ Леонид Трахтенберг.

Разрабатываемые сенсоры могут быть использованы как для мониторинга состава воздуха, так и для анализа состава технических газообразных смесей. Хотя сейчас проводится работа по изучению состава газов, при некоторой модификации данный вид сенсоров может быть использован и при работе с жидкостями.