Найден способ увеличить чувствительность алкотестеров

Найден способ увеличить чувствительность алкотестеров

Российские исследователи использовали диоксид кремния и наночастицы золота для увеличения чувствительности сенсоров к этанолу и бензолу. Созданные учеными устройства показали чувствительность, в четыре раза превосходящую показатели существующих аналогов. Такие сенсоры могут помочь не только обезопасить водителей на дорогах, но и работников предприятий, так как смогут детектировать наличие в воздухе опасных соединений. Статья об открытии опубликована в журнале Nanomaterials. Работа поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ).

Летучие органические соединения — распространенная группа загрязняющих веществ, к которой относятся практически все растворители, используемые в лабораторной практике, продукты нефтепеработки, компоненты лакокрасочных покрытий. Все из соединений этой группы в разной степени токсичны для человека. Так, отравление парами этанола приводит к затруднению дыхания, тошноте, головной боли и головокружению, что опасно в первую очередь для работников на промышленных предприятиях. При этом его пары могут взрываться при содержании в воздухе более 3%. Значительно более высокую токсичность имеет бензол, являющийся канцерогеном. Пары бензола также взрывоопасны при содержании более 1%.

Поэтому бензол и этанол важно уметь детектировать как для мониторинга состояния окружающей среды, так и работы систем безопасности на предприятиях. Среди химических газовых детекторов наиболее распространены сенсоры на основе оксидов металлов, например диоксида олова.

Пары органических веществ на поверхности чувствительного слоя превращаются в углекислый газ, потому что материал может ускорять химические реакции (проявляет каталитические свойства). При этом электрическая проводимость последнего увеличивается, и специальное оборудование определяет по этому сигналу концентрацию газа. Но оптимальная температура работы таких сенсоров составляет около 300°С, что может вызывать разрушение электрических свойств прибора в процессе эксплуатации. При этом влажность окружающей среды дополнительно снижает чувствительность диоксида олова к газам.

В новом исследовании ученые химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова при участии коллег из МГТУ имени Н. Э. Баумана и МГТУ «СТАНКИН» (Москва), а также коллег из Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН (Новосибирск) исследовали способности диоксида кремния и наночастиц золота влиять на чувствительность сенсора из диоксида олова в таких экстремальных условиях. Чтобы получить материал для сенсора, ученые сначала создали композит из диоксида олова и диоксида кремния. Для этого они долго нагревали основу для материала в водной среде при высоком давлении, а затем полученный порошок композита смешали с коллоидным раствором наночастиц золота и нанесли на подложку из оксида алюминия.

Исследователи сравнили сенсор такого состава с тремя другими: без наночастиц золота, без диоксида кремния и совсем без добавок. Сенсор и с наночастицами золота, и с диоксидом кремния проявляет стабильную высокую чувствительность к бензолу при 350°С и этанолу при 300°С с увеличением относительной влажности воздуха как минимум до 20 %. Более того, сигнал такого сенсора выше в 2 раза по сравнению с сенсором только с наночастицами золота и более чем в 4 раза по сравнению с сенсором из диоксида олова без добавок.

«Диоксид кремния в составе материала увеличивает количество дефектов в кристаллической структуре диоксида олова. Эти дефекты способствуют образованию на поверхности композита положительно заряженных атомов золота, у которых каталитическая активность в разы больше, — объясняет эффект руководитель проекта по гранту РНФ Марина Румянцева, доктор химических наук и профессор кафедры неорганической химии химического факультета МГУ. — Обновленный таким образом сенсор можно будет использовать для определения бензола в воздухе после необходимой аттестации».

Ранее компания Airbus рассказала, что собирается установить ближе к концу года на свои самолеты специальные сенсоры от стартапа Koniku, которые могут обнаруживать в воздухе не только опасные соединения, но и вирионы коронавируса.

Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: