Ученые АУ разработали сверхчувствительный датчик аммиака

15 июля 2022, 08:54

Ученые АУ разработали сверхчувствительный датчик аммиака Сотрудники лаборатории Оптики гетерогенных структур и оптических материалов под руководством к.ф.-м.н., в.н.с., Большакова А. Д., разработали уникальный сенсор для определения сверхмалых концентраций аммиака как в жидких, так и в газовых средах. В основе прибора лежит чувствительный элемент - нанонити кремния, получаемые также в АУ. Результаты опубликованы в ACS applied nano materials.

Человек повсеместно сталкивается с кислотами и щелочами на природе, в быту, на работе, и даже сам их производит. Например, пот и слюна человека содержат аммиак - на уровне 20 ммоль/л, а желудочный сок - соляную кислоту (160ммоль/л). Любое отклонение концентрации этих веществ от индивидуальной нормы в организме может свидетельствовать о протекании патологических изменений.

Своевременный контроль таких щелочей и кислот, называемых биологическими маркерами, позволяет точно диагностировать состояние здоровья человека, нарушение обмена веществ, развитие рака кишечника и желудка. Оценить эффективность физических нагрузок, переносимых спортсменами также возможно по содержанию таких маркеров в биологических пробах. Кроме того концентрацию аммиака необходимо точно измерять на химических и фармацевтических предприятиях для производства лекарств, в сточных водах и канализационных системах.

Сенсор - это миниатюрное устройство, которое позволяет определять концентрацию искомого вещества в среде, например, в газе или жидкости. Существующие сенсоры аммиака позволяли обнаружить лишь сравнительно большие концентрации аммиака (порядка 10 ppm) только в одном типе сред, жидкой и газовой.

Сотрудники лаборатории Оптики гетерогенных структур и оптических материалов АУ под руководством к.ф.-м.н., в.н.с., Большакова А. Д., создали инновационный прибор резистивного типа, который способен определять даже рекордно малые концентрации аммиака: предел детектирования - 4 μmol/L (80 ppb), чувствительность - 0.2 %·L/μmol (0.01 %/ppb) с линейной сенсорной характеристикой вплоть до 400 μmol/L (8 ppm) как в жидкостях, так и в газах, при комнатной температуре.

Это стало возможным благодаря использованию в основе сенсора уникальных нанонитей кремния, получаемых в лаборатории Возобновляемых источников энергии АУ под руководством д.т.н., проф., Гудовских А.С. Такие нанонити способны адсорбировать молекулы различных веществ на своей поверхности, в результате чего меняется их электронные характеристики.

 

Сенсор-резистор на их основе может работать как на воздухе, так и в жидких пробах, а для его производства не требуется привлечение сложных и дорогостоящих постростовых технологий, таких как электронная литография и формирование омических контактов к каждой нанонити.

Разработанный прибор может работать при комнатной температуре и обладает повышенной чувствительностью, а также селективностью к аммиаку и соляной кислоте.