Forskere registrerer greenlight gasdetektering ved stuetemperatur

Russiske forskere har udviklet en mekanisme til at detektere molekylært brint ved hjælp af grønt lys til at belyse en nanokrystallinsk sammensat sensor baseret på zink og indiumoxider. Dette muliggør en gassensor, der fungerer ved stuetemperatur. Artiklen blev offentliggjort i tidsskriftet Videnskabelige rapporter .

Multisensorarrays til bestemmelse af gasblandingssammensætning er under udvikling. Disse er overvågningssystemer, der indeholder flere sensorer, der er målrettet mod individuelle gasser. Sådanne sensorer kan bruges til at analysere luftkvaliteten både udendørs og i lukkede rum. Sporing af atmosfærisk forurening er fortsat et vigtigt problem for mange udviklede lande. Fordi boligsamfund har en tendens til at samle sig omkring industriområder, det er nødvendigt at have en mekanisme på plads til at kontrollere skadelige emissioner fra planter og fabrikker.

Derudover målinger af luftsammensætning er påkrævet på atomkraftværker, på ubåde og rumstationer, og på andre faciliteter, hvor der ikke umiddelbart er adgang til frisk luft. Hvis koncentrationen af ​​kuldioxid stiger, eller et giftigt stof lækker ind i ventilationssystemet, dette kan bringe personales liv i fare.

Kommercielle gasblandinger såsom gasbrændstoffer har også brug for præcis sammensætningsovervågning. Blandt dem er brint. Anvendes som gasbrændstof, det kunne tænkes at erstatte kulbrinter. Det er et rent brændstof, der ikke frigiver andet end vanddamp, når det brændes. Ud over, effektiviteten af ​​forbrænding af brint er 10 til 20 procent højere end kulbrinters. Nogle bilproducenter er allerede begyndt at indfase brint og ser det som fremtidens brændstof. Og alligevel er Hindenburg-luftskibskatastrofen en trist påmindelse om, hvor farligt brint kan være.

Indtil for nylig, gassensorer baseret på nanokrystallinske metaloxider havde driftstemperaturer mellem 300 og 500 grader Celsius. Dette gjorde dem usikre til påvisning af eksplosive eller brændbare stoffer. I øvrigt, for at opretholde disse høje temperaturer, der kræves meget strøm, gør det umuligt at indlejre sådanne gassensorer i kredsløbskortene på bærbare enheder.

For at løse dette problem, professor Leonid Trakhtenberg fra MIPT; Pavel Kashkarov, direktør for Institute of Nano-, Bio-, Information, Kognitiv og socio-humanistisk videnskab og teknologi; Alexander Ilin og Pavel Forsh fra Lomonosov Moscow State University; og deres kolleger fra Semenov Institute of Chemical Physics foreslog sensorer, der kunne fungere ved stuetemperatur. Deres nye nanokompositsensorer er baseret på zink- og indiumoxider, og deres effektivitet maksimeres af grønt lys. Den foreslåede enhed kan bruges til at detektere brændbare, eksplosiv, eller giftige stoffer i atmosfæren, selv ved lave koncentrationer.

"Mekanismen består af den lysinducerede overgang af de nanokrystallinske sensorkomponenter til en ikke-ligevægtstilstand og den resulterende ændring i fotokonduktiviteten af ​​sensoren, der interagerer med molekylært hydrogen. Denne effekt er forbundet med fotokonduktivitetens afhængighed af ikke-ligevægtsladningsbærerens rekombinationshastighed , " forklarer Maria Ikim, en doktorand ved Laboratory of Functional Nanocomposites fra Semenov Institute of Chemical Physics fra det russiske videnskabsakademi.

"De detektorer, som vi har udviklet, adskiller sig fra de konventionelle halvledersensorer ved, at de fungerer ved stuetemperatur. Dette eliminerer faren for forbrænding eller eksplosion, når der er tale om brændbare eller eksplosive stoffer, siger Leonid Trakhtenberg fra Institut for Kemisk Fysik, MIPT, der har en ScD i fysik og matematik. "De fleste artikler om sensorfotoaktivering diskuterer virkningerne af ultraviolet lys på sensorer og fokuserer på detektering af oxiderende gasser. Men effektiviteten af ​​ultraviolette lysdioder er lav, mens deres omkostninger er langt større end deres modparters udsendelse i den synlige del af spektret. Ved at arbejde med brint, vi undersøger mulighederne for detektering af reducerende gasser."

Papiret foreslår en ny mekanisme til sensorrespons fotoaktivering, som illustreres af billedet ovenfor. Det tegner sig for overgangen af ​​ladningsbærere til en ikke-ligevægtstilstand. Den involverede proces er universel:Den kan bruges til at fortolke sansningsresultater i både oxiderende og reducerende gasser.

Sensorerne foreslået af forfatterne kunne bruges til at overvåge atmosfærisk luftsammensætning og analysere den kemiske sammensætning af gasser, der anvendes i industrielle processer. Selvom undersøgelsen fokuserer på gasser, de samme sensorer kunne modificeres til målvæsker.