Zen
МОСКВА, 17 декабря Материал для определения аммиака в воздухе разработали специалисты Национального исследовательского университета электронной техники (НИУ МИЭТ) в составе научно-исследовательской группы. Результаты экспериментов показывают, что сенсоры смогут «распознавать» одну молекулу аммиака среди пяти миллиардов молекул воздуха, что позволит создавать чувствительные приборы для контроля состояния атмосферного воздуха, а также применения на агропромышленных, фармацевтических, лакокрасочных и химических предприятиях. Исследование представлено в журнале Sensors and Actuators B: Chemical.
Аммиак (NH3) — бесцветный газ с характерным запахом, который широко применяется в самых разных отраслях промышленности: при производстве минеральных удобрений, при синтезе биологически активных веществ и изготовлении некоторых видов красок. Повышенное содержание аммиака в воздухе приводит к раздражению слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, вплоть до отека легких.
Органы обоняния человека, благодаря нескольким сотням типов рецепторов, позволяют различать запах этого газа при его содержании свыше одной молекулы на 300 000 (1-3 мг/м3), тогда как потенциально опасная концентрация начинается с одной молекулы на 37 000 (20 мг/м3), но допустимая среднесуточная концентрация в атмосферном воздухе населенных мест согласно нормативным документам (ГОСТ 6221-90) существенно меньше — всего одна молекула на 17 000 000 (0,04 мг/м3).
Поэтому для контроля содержания аммиака в воздухе рабочих помещений и в атмосферном воздухе населенных мест используются сенсоры, которые должны обладать необходимой чувствительностью (способностью определять наличие целевой молекулы) и селективностью (способностью распознавать ее среди множества других), отмечают специалисты Национального исследовательского университета «МИЭТ» (НИУ МИЭТ).
60~br />В связи с невозможностью человека ощутить незначительное повышение содержания аммиака, для контроля качества воздуха в рабочих зонах и зонах пребывания людей применяются датчики, которые должны обладать необходимой чувствительностью. (способность обнаруживать наличие целевой молекулы) и селективность (способность распознавать ее среди множества других), отметили специалисты Национального исследовательского университета «МИЭТ» (НИУ МИЭТ).
По их данным, эффективность газоанализаторов определяется составом сенсорного слоя. Материалы, используемые в настоящее время для его изготовления, демонстрируют необходимую чувствительность и селективность для контроля воздуха только при повышенных температурах нагреваемой поверхности сенсора (около 200°С), при комнатных температурах характеристики ухудшаются.
Группа исследователей из МИЭТ и Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе (ИТИ) предложила новый материал для обнаружения аммиака на основе углеродных нанотрубок. По словам авторов, их разработка позволит обнаруживать аммиак в воздухе при комнатной температуре сенсора. По теоретическим оценкам, чувствительность материала более чем в десять тысяч раз превышает возможности человеческого обоняния.
«Такие сенсорные структуры приближают нас к чувствительности, которую могут достичь, например, собаки к некоторым молекулам (менее 0,01 молекулы на миллиард). Такой эффект достигается за счет комбинирования углеродных материалов с разными функциональными группами и свойствами: нанотрубок и аминированного восстановленного оксида графена», — рассказал один из авторов разработки, научный сотрудник Научно-образовательного центра «Зондовая микроскопия и нанотехнологии» НИУ ВШЭ Алексей Ромашкин. 
Специалист пояснил, что дополнительные сложности в работе газовых сенсоров создает колебание влажности воздуха, которое влияет на физические параметры материала сенсора. Новый материал сохраняет высокую чувствительность и селективность в широком диапазоне влажности воздуха.
В будущем команда планирует повысить чувствительность и исследовать другие модификации углеродных наноматериалов для увеличения набора различных типов сенсоров и распознавания большего количества газов.
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания (в МИЭТ, № ФСМР-2023-0002; в Физико-техническом институте им. А.Ф. Сеченова). Иоффе: № ФФУГ-2022-0010) и Российского научного фонда (проект № 21–79–00180).
Свежие комментарии