Ученые СГТУ разработали сенсорный материал для обнаружения газов и влаги
Ученые Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. (СГТУ) в сотрудничестве с НИУ МИЭТ и Институтом неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН представили новую разработку в области сенсорных технологий. Созданный двумерный материал на основе карбида вольфрама предназначен для обнаружения и распознавания различных газов, а также измерения влажности в концентрациях ниже порога восприятия человека, как сообщает Минобрнауки России.
Разработанный материал будет применяться в экспериментальной установке «электронный нос», которая позволяет быстро и надежно определять наличие вредных или опасных веществ в воздухе и других газовых смесях. Рецептором в установке служит мультиэлектродный чип, на который нанесен материал W1,33C i-MXene, изменяющий свои электрические характеристики при контакте с молекулами газа.
Илья Плугин, ведущий научный сотрудник НИЛ сенсоров и микросистем СГТУ, кандидат технических наук, отметил: «Нам удалось доказать повышение сопротивления W1.33C i-MXene при воздействии паров разных веществ, включая кетоны, спирты, ароматические соединения и влагу. При этом точность различения достигается благодаря одновременному считыванию показаний множества датчиков и применению методов искусственного интеллекта, обрабатывающих сигналы. Этот процесс похож на то, как головной мозг млекопитающих сортирует запахи».
Сверхчувствительный материал состоит из слоев атомов металла и углерода толщиной в несколько атомов, полученных методом селективного травления из объемных кристаллов. Ключевой особенностью является наличие в структуре максена пустот на атомных позициях металла, что улучшает способность материала реагировать на изменения в атмосфере. Алексей Цыганов, доцент кафедры «Химия и химическая технология материалов» Физико-технического института СГТУ, кандидат химических наук, пояснил: «Упорядоченные вакансии (пустоты) в структуре материала играют решающую роль. Они не только существенно увеличивают площадь активной поверхности, но и изменяют ее электронные свойства, облегчая взаимодействие с молекулами анализируемых газов».
Ученые уверены, что данная разработка открывает новые перспективы для создания малогабаритных «умных» датчиков с высокой чувствительностью и минимальным энергопотреблением. Эти устройства могут быть использованы в интернете вещей, системах мониторинга окружающей среды, а также в инфраструктурах «умного дома» и «умного города». Разработка поддержана грантом Российского научного фонда.
