Маленькие пленки и большие планы

Метрология PRO: Для чего нужны газоанализаторы в лабораториях и в науке?

Анастасия Ольхова: Газоанализаторы играют важную роль в различных сферах промышленности, научных исследованиях и охране окружающей среды.

В лабораторных условиях они позволяют анализировать и изучать газовые реакции, исследовать воздействие различных факторов на состав газовой смеси и проводить множество других исследований, связанных с газами. Благодаря газоанализаторам ученые и инженеры могут разрабатывать более эффективные процессы и продукты, а также обнаруживать и анализировать выбросы вредных веществ.

Охрана окружающей среды – еще одна важная область применения газоанализаторов. Они используются для контроля загрязнения воздуха, определения содержания вредных газов, таких как диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и другие. Газоанализаторы помогают оценить качество воздуха и выявить источники загрязнения, что позволяет принимать меры по его снижению и предотвращению негативных последствий для здоровья человека и окружающей среды.

Проблемы, решаемые газоанализаторами, связаны с обнаружением и измерением газовых компонентов в сложных условиях. Некоторые газы могут быть взрывоопасными, токсичными или находиться в высоких концентрациях, что представляет опасность для людей. Поэтому специалисты постоянно работают над тем, чтобы сделать газоанализаторы более точными, надежными и высокочувствительными, чтобы обнаружить и измерить эти газы в реальном времени. Газоанализаторы должны иметь способность работать в различных условиях, например, при высоких или низких температурах и влажности, а также в различных средах.

МетрологияPRO: Как работают газоанализаторы и в чем отличие вашего метода создания датчиков для них?

Анастасия Ольхова: Основным детектором служит чувствительный элемент, который может работать на разных принципах. В нашей работе мы рассматриваем пленку на основе халькогенидов . Одним из самых технологически неэффективных процессов при производстве таких пленок является их отжиг для увеличения чувствительности в промышленности часто применяют технологию отжига в печи. Такой способ не позволяет сделать высокую повторяемость параметров, поэтому нами был предложен метод лазерной модификации пленок. С помощью этого метода получится значительно повысить качество датчиков и сократить затраты на их изготовление.

Модификация пленок лазерным излучением позволит уместить пленки с различной спектральной чувствительностью на одном детектирующем элементе. Применение лазерных технологий при изготовлении подобных элементов представляет наибольший интерес. Значимость разработки новых и совершенствования существующих методов лазерной модификации обусловлена огромным интересом к таким материалам и перспективам их применения в устройствах фотоники и микроаналитики.

МетрологияPRO: Почему вы выбрали изучение метода обработки пленки лазером?

Анастасия Ольхова: Эта идея была предложена мне научным руководителем в качестве одной из возможных тем диссертационной работы, она меня сразу заинтересовала.

В настоящий момент исследования в области газового анализа являются востребованными в разных сферах. Например, на предприятиях добывающей промышленности. Газоанализаторы используются в местах добычи полезных ископаемых для детектирования скоплений опасных для здоровья и жизни газов . Помимо этого, газоанализаторы активно применяются в космической отрасли. Уровень содержания кислорода, углекислого газа сильно влияет на состояние экипажа. Кроме того, важно контролировать уровень содержания ракетного топлива и его продуктов в воздухе рабочей зоны. Чаще всего в этих сферах применяется именно ИК-газоанализатор , рассматриваемый в данном проекте.

МетрологияPRO: В чем суть лазерного метода?

Анастасия Ольхова:Сотрудники Института лазерных технологий ИТМО разработали метод для повышения чувствительности детекторов газоанализаторов – они предложили обрабатывать пленки, которые и являются детектором, не термически , а с помощью лазера. Для лазерной модификации структуры полупроводниковых пленок мы использовали волоконные импульсные иттербиевые лазеры наносекундной длительностью импульсов. Также лазерное воздействие на халькогенидные пленки PbSe производилось непрерывным излучением полупроводникового лазера LSR405CP-1W с длиной волны 405 нм.

Технология лазерной модификации детектора газоанализатора представляет собой передовой метод, который широко применяется для обнаружения и анализа различных типов газов. Она позволяет улучшить чувствительность и точность детекторов, расширяя их возможности и эффективность в различных приложениях. В целом с помощью такой технологии возможно определять различные типы газов.

МетрологияPRO: Звучит перспективно. А экономически эта технология выгодна?

Анастасия Ольхова: Да. Использование лазеров для модификации детекторов газоанализаторов в технологическом процессе предлагает ряд преимуществ, включая более эффективное и экономичное производство. В отличие от традиционных методов, таких как неавтоматизированная термообработка или легирование, лазерная модификация может быть более выгодной и эффективной альтернативой.

1. Использование лазеров позволяет достичь более точной и контролируемой обработки детекторов газоанализаторов: лазерный луч может быть точно настроен на определенные параметры, такие как интенсивность, фокусировка и скорость обработки, что позволяет добиться более предсказуемых и повторяемых результатов. Это снижает количество отходов и неудачных процессов, что, в свою очередь, уменьшает затраты на производство.

2. Лазерная модификация может быть более автоматизированной и быстрой по сравнению с традиционными методами. Лазеры могут быть интегрированы в автоматические системы с программным управлением, что позволяет обрабатывать детекторы газоанализаторов в режиме пакетной или массовой обработки. Это сокращает время производства и позволяет снизить затраты на трудовые ресурсы и ручное вмешательство.

3. Лазерная модификация может быть более экономичной в плане материальных затрат. Традиционные методы, такие как термообработка, могут требовать использования дополнительных материалов: специальных покрытий или адгезивов. В случае лазерной модификации основные расходы связаны с использованием самого лазера и энергопотреблением. При правильной настройке и оптимизации процесса лазерная модификация может стать более эффективной и экономичной с точки зрения затрат на материалы.

МетрологияPRO: Сколько человек сейчас работают над лазерным методом обработки датчиков?

Анастасия Ольхова: У нас достаточно обширная команда, сейчас над проектом работают шесть человек. Отдельно хочу отметить моего научного руководителя – Сергеева Максима Михайловича, кандидата технических наук, доцента Института лазерных технологий. С ним я всегда могу обсудить любые сложности проекта и найти решения, а также моих магистрантов – Патрикееву Алину и Дубкову Марию за неоценимый вклад в работу. Наше исследование проводится при поддержке гранта РНФ .

Примечание редакции. За создание технологии модификации Анастасия Ольхова была награждена международной премией The Fifth Jubilee International Young Scientists Awards in the Field of Oil and Gas: A Glance Into the Future