Новости

17 мая, 2022 17:24

Битва экстрасенсоров: новые датчики улучшат мониторинг вредных выбросов

Источник: Известия
Российские ученые разработали уникальные сенсоры, способные фиксировать наличие токсичного газа — диоксида азота — во влажной атмосфере. Существующие сейчас датчики плохо работают именно в насыщенном влагой воздухе. Новое оборудование повысит эффективность контроля за вредными выбросами на предприятиях и в крупных городах. Также сенсоры можно использовать в медицине для первичной диагностики: если в выдыхаемом пациентом воздухе есть диоксид азота — это маркер некоторых воспалительных процессов в желудочно-кишечном тракте.
Источник: Global Look Press/Jiri Hubatka

Поймать «лисий хвост»

Выбросы токсичных газов промышленными предприятиями — основной источник загрязнения окружающей среды. Среди них особое место занимает диоксид азота (NO2). Его также называют «лисий хвост» за характерный рыжий цвет. Это очень токсичный газ. Даже в малых концентрациях (предельно допустимое содержание в воздухе — 0,0001%. — «Известия») он негативно действует на дыхательные пути и легкие, уменьшает содержание в крови гемоглобина, раздражает слизистые оболочки. А в больших концентрациях может вызвать отек легких и другие опасные последствия.

До последнего времени точно определить содержание диоксида азота можно было лишь в сухом воздухе. Научные сотрудники Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова (ИОНХ) РАН разработали высокочувствительный сенсор для фиксации этого газа в условиях повышенной влажности. Лабораторный образец датчика выполнен полностью из отечественных материалов. А используемая технология печати чувствительного слоя позволит существенно снизить стоимость промышленных образцов, рассказали разработчики.

— Результаты работы актуальны не только для фундаментальной науки, но и для прикладного использования. Эти сенсоры можно использовать для определения содержания диоксида азота при мониторинге качества воздуха в городах и на промышленных предприятиях, — отметил научный сотрудник ИОНХ РАН Артем Мокрушин. — Их можно использовать и в медицине для первичной диагностики пациентов по составу выдыхаемого воздуха, так как диоксид азота является маркером некоторых воспалительных процессов, происходящих в желудочно-кишечном тракте.

В качестве чувствительного слоя сенсора выбран оксид цинка (ZnO) с добавкой европия (Eu) и празеодима (Pr). Если в воздухе присутствует диоксид азота, на поверхности чувствительного слоя начинаются обратимые химические реакции, они меняют электрическое сопротивление, и уже эти изменения улавливают детекторы устройства и определяют концентрацию газа в воздухе.

Проблема высокой влажности

Диоксид азота — очень коварный газ. Он имеет сладковатый запах и обнаруживается человеком лишь при концентрации, близкой к предельно допустимой. При этом происходит привыкание и чувствительность к опасным концентрациям падает, рассказал «Известиям» директор Высшей школы физики и технологий материалов СПбПУ имени Петра Великого, кандидат химических наук Александр Семенча.

— Таким образом, постоянно вдыхая диоксид азота, можно его и не почувствовать. Учитывая это, трудно переоценить исследования, направленные на разработку приборов и методов обнаружения NO2 в малых концентрациях, — подчеркнул эксперт.

Основные проблемы любого сенсора — селективность (далеко не каждый из них способен четко улавливать лишь одно вещество, не «отвлекаясь» на другие примеси) и чувствительность. По словам Александра Семенчи, разработчикам удалось решить обе проблемы. Причем использовать весьма технологичный метод производства чувствительных элементов — микроэкструзионную печать.

Влияние влажности воздуха на характеристики сенсоров — это серьезная проблема, которая ограничивает их практическое использование, рассказала «Известиям» доцент кафедры микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Светлана Налимова.

— Преимущества разработанных сенсоров делают их очень перспективными для практического применения в экологическом мониторинге для контроля содержания NO2 в атмосфере, — рассказала она. — Из недостатков можно отметить высокие концентрации токсичного диоксида азота, используемые в исследовании, но, судя по результатам, отклик должен проявляться и при более низких концентрациях.

Результаты исследования ученых, выполненного при поддержке Российского научного фонда, опубликованы в журнале Applied Surface Science.

29 марта, 2024
Российские ученые обучили ИИ подбирать эффективную защиту для глаз от лазерного излучения
Российские ученые разработали нейросеть для быстрой оценки способности материалов блокировать опас...
28 марта, 2024
В ИТМО создали более долговечные синие перовскитные светодиоды
Ученые ИТМО нашли новый способ получения синего излучения у перовскитных нанокристаллов. Он позвол...