Материал для обнаружения аммиака в воздухе разработали специалисты НИУ МИЭТ в составе научного коллектива. Результаты экспериментов показывают, что датчики смогут «распознавать» одну молекулу аммиака среди пяти миллиардов молекул воздуха, что позволит создать чувствительные приборы для наблюдения за состоянием атмосферы, а также применения на агропромышленных, фармацевтических, лакокрасочных и химических предприятиях. Исследование представлено в Sensors and Actuators B: Chemical.
Аммиак (NH3) — бесцветный газ с характерным запахом, который широко используется в самых разных отраслях промышленности: при производстве минеральных удобрений, в синтезе биологически активных веществ и изготовлении некоторых видов красок. Повышенное содержание аммиака в воздухе приводит к раздражению слизистых оболочек глаз и дыхательных путей вплоть до отека легких.
Органы обоняния человека благодаря нескольким сотням типов рецепторов позволяют различать запах аммиака, когда его содержание превышает 37 мг/м3. При этом, согласно нормативным документам (ГОСТ 6221-90), потенциально опасная концентрация начинается с 20 мг/м3. Допустимая среднесуточная концентрация в атмосфере населенных пунктов значительно ниже — 0,04 мг/м3 (одна молекула на 17 000 000).Из-за неспособности человека почувствовать незначительное повышение содержания аммиака, для контроля состояния воздуха рабочих помещений и территорий населенных людьми, используются сенсоры, которые должны обладать должной чувствительностью (способностью выявлять присутствие целевой молекулы) и селективностью (умением узнавать ее среди многих других), рассказали специалисты Национального исследовательского университета «МИЭТ» (НИУ МИЭТ).
По их словам, за эффективность устройств распознавания газов отвечает состав сенсорного слоя. Используемые в настоящее время материалы для его изготовления демонстрируют необходимую чувствительность и селективность для контроля воздуха лишь при повышенных температурах разогреваемой поверхности сенсора (около 200°С), характеристики ухудшаются при комнатных температурах.
Коллектив исследователей НИУ МИЭТ и Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе предложил новый материал для обнаружения аммиака на основе углеродных нанотрубок. Как утверждают авторы, их разработка сможет выявлять аммиак в воздухе при комнатной температуре работы датчика. Согласно теоретической оценке, чувствительность материала более чем в десять тысяч раз превышает возможности человеческого обоняния.
«
«Подобные сенсорные структуры приближают нас к чувствительности, которая может достигаться, например, собаками для некоторых молекул (менее 0,01 молекулы на миллиард). Такой эффект достигается за счет комбинирования углеродных материалов с разными функциональными группами и свойствами: нанотрубок и аминированного восстановленного оксида графена», — рассказал один из авторов разработки, научный сотрудник научно-образовательного центра «Зондовая микроскопия и нанотехнология» НИУ МИЭТ Алексей Ромашкин.
Специалист пояснил, что дополнительную сложность для работы газовых сенсоров создает колеблющаяся влажность воздуха, влияющая на физические параметры сенсорного материала. Новый материал в широком диапазоне влажности воздуха сохраняет высокую чувствительность и селективность.
В будущем коллектив планирует улучшить чувствительность и исследовать другие модификации углеродных наноматериалов для увеличения набора различных типов сенсоров и распознавания большего числа газов.
Обсуждение