В Пензенском государственном университете (ПГУ) были созданы первые образцы высокочувствительных и быстродействующих газовых датчиков нового поколения. Ученые разработали технологию производства чувствительного элемента сенсора, который можно адаптировать для различных нужд как в промышленности, так и в быту.
Исследователи из ПГУ предложили новый подход к управлению свойствами материала, что позволяет создавать его под конкретные задачи. Разработка отличается низкой стоимостью технологии, высокой чувствительностью сенсора и наличием восприимчивых элементов с заданными характеристиками.
Для разных областей применения требуются разные датчики, поэтому были разработаны методы управления структурой металлооксидных материалов в сенсорных технологиях. Эта разработка может найти применение в различных сферах. В зависимости от задачи, которую будет выполнять датчик, к нему предъявляются разные требования. Например, в быту высокочувствительные сенсоры не всегда необходимы, в то время как в шахтах требуется именно высокая чувствительность для выявления малейших изменений в газовой смеси воздуха, как отметил руководитель проекта кандидат физико-математических наук, доцент кафедры нано- и микроэлектроники ПГУ А. Карманов.
Ученые предложили специальную технологию создания чувствительных элементов газовых сенсоров хеморезистивного типа на основе металлооксидных наноматериалов с заданной структурой. Датчики с таким сенсором обладают высоким быстродействием, что позволит, например, выявлять утечки природных газов, включая метан.
Несмотря на длительные исследования газовых сенсоров, до сих пор оставалось множество нерешенных вопросов, и теперь ученым удалось оптимизировать и чувствительность, и быстродействие. Структура материала сенсора создается двумя методами: комбинированием золей с различным временем созревания и внедрением модификаторов. Исследователи намерены смешивать золь-гели с различным временем созревания, что будет способствовать созданию структуры с мелкими и крупными молекулами.
Маленькие частицы в структуре металлооксидного материала обеспечивают высокую чувствительность, в то время как крупные молекулы оптимизируют время отклика и восстановления. Во время созревания золя в него внедряются металлы-модификаторы, что значительно изменяет структуру и свойства раствора. Внедрение двух металлов одновременно позволит управлять структурой материала более эффективно.
В результате проведенных исследований ученые выяснили, что структура материала, состоящая из золей с различным временем созревания и модифицированными металлами, показывает разные уровни чувствительности и времени отклика.
По словам сотрудника кафедры И. Филиппова, их предложение позволяет управлять структурой материала и создавать ее в соответствии с заданными характеристиками, что значительно упрощает производство датчиков и, самое главное, повышает безопасность в тех областях, где они будут установлены.
Исследования проводятся при поддержке грантового конкурса Российского научного фонда.
Источник: Минобрнауки РФ
распечатать статью
